JP2005091186A - Method of measuring viscosity of liquid, and measuring instrument for index for indicating viscosity - Google Patents

Method of measuring viscosity of liquid, and measuring instrument for index for indicating viscosity Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a correct viscosity, based on a relative velocity v of a liquid to a laser converging position (or particle position). <P>SOLUTION: A laser beam 4 emitted from a laser beam source 2 is converged by a condenser lens 8 via a galvano-mirror 6. The galvano-mirror 6 is scanned to trap a particle 16 in a convergence position 10, and it is displaced to draw a circle as shown by an arrow mark 12. A velocity of circular motion is increased to observe by a microscope 30 that the particle 16 is separated from the convergence position 10, so as to specify a separation time by a specifying switch 32. The motion of particles 14, 18 not trapped therein is observed by a microscope 26 connected to a video camera 28, and an image is analyzed by a computer 34 to measure a flow velocity and a flow direction of the liquid 20. The motion in the separation of the trapped particle is corrected based on the measured flow velocity and flow direction of the liquid 20 to measure the accurate viscosity. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザを用いて液体の粘度を測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring the viscosity of a liquid using a laser.

レーザを用いて液体の粘度を測定する技術が開発されている。この技術によると、レーザを用いないで液体の粘度を測定する方法に比べて、微小領域(局所)の粘度を測定することができる。
非特許文献1に、レーザトラッピング法を用いた粘度測定方法が開示されている。この方法では、液体中に浮遊している粒子にレーザを照射して粒子を集光位置にトラップし、トラップした状態で液体支持体とレーザ照射装置を相対的に移動させることによってトラップされた粒子を液体に対して相対的に移動させて粒子に液体による粘性抵抗力を作用させ、集光位置にトラップされていた粒子が粘性抵抗力によって集光位置から離脱した時を観測する。集光位置から離脱した時に粒子に作用していたトラップ力(粘性抵抗力)や粒子の速度や粒子の半径から、ストークスの法則に基づいて粘度を求めることができる。
A technique for measuring the viscosity of a liquid using a laser has been developed. According to this technique, it is possible to measure the viscosity of a minute region (local) compared to a method of measuring the viscosity of a liquid without using a laser.
Non-Patent Document 1 discloses a viscosity measurement method using a laser trapping method. In this method, the particles suspended in the liquid are irradiated with a laser, the particles are trapped at the condensing position, and the trapped particles are moved by relatively moving the liquid support and the laser irradiation device in the trapped state. Is moved relative to the liquid to cause the viscous resistance force of the liquid to act on the particles, and the time when the particles trapped at the condensing position are separated from the condensing position by the viscous resistance force is observed. Viscosity can be determined based on Stokes' law from the trapping force (viscous resistance force) acting on the particles when separated from the focusing position, the velocity of the particles, and the radius of the particles.

岩下靖孝著、東京大学修士論文、2000年度、p.7−8Iwashita Masataka, Master's thesis, University of Tokyo, 2000, p. 7-8

レーザトラッピング法では、ストークスの法則に基づいて液体の粘度を求める。ストークスの法則によると、粘度ηの液体中を半径Rの粒子が相対速度vで動くとき、その粒子に作用する粘性抵抗力Fは、式(1)で与えられる。
F=6πηRv ・・・(1)
In the laser trapping method, the viscosity of the liquid is obtained based on Stokes' law. According to Stokes' law, when a particle having a radius R moves in a liquid having a viscosity η at a relative speed v, the viscous resistance force F acting on the particle is given by equation (1).
F = 6πηRv (1)

レーザトラッピング法では、レーザの集光位置から粒子が離脱する時の粘性抵抗力Fがレーザトラップ力に等しいと考える。一つの方法では、レーザでトラップされている粒子の液体に対する相対速度vを一定に維持しながら、レーザの出力を徐々に低下させてレーザトラップ力を低下させていく。この方法では、レーザの集光位置から粒子が離脱する時のレーザトラップ力(レーザ出力から判明する)を計測する。   In the laser trapping method, it is considered that the viscous resistance force F when the particles are detached from the laser focusing position is equal to the laser trapping force. In one method, the laser trapping force is reduced by gradually decreasing the laser output while maintaining the relative velocity v of the particles trapped by the laser with respect to the liquid constant. In this method, a laser trap force (identified from a laser output) when particles are detached from the laser condensing position is measured.

式(1)から粘度ηについての式(2)が導かれる。
η=(1/6πR)(F/v) ・・・(2)
Equation (2) for viscosity η is derived from equation (1).
η = (1 / 6πR) (F / v) (2)

式2に、粒子の半径Rと、レーザの集光位置から粒子が離脱した時のレーザトラップ力Fと、レーザの集光位置から粒子が離脱した時の相対速度vを代入すると、液体の粘度ηを求めることができる。   Substituting into equation 2 the particle radius R, the laser trapping force F when the particle is released from the laser focusing position, and the relative velocity v when the particle is released from the laser focusing position, the viscosity of the liquid η can be obtained.

レーザトラッピング法の他の一つの方法では、レーザ出力を一定に維持することによってレーザトラップ力を一定に維持しながら、レーザでトラップされている粒子の液体に対する相対速度vを増速していく。この方法では、レーザの集光位置から粒子が離脱した時の相対速度vを計測する。
式2に、粒子の半径Rと、一定に維持されているレーザトラップ力Fと、レーザの集光位置から粒子が離脱した時の相対速度vを代入すると、液体の粘度ηを求めることができる。
In another method of the laser trapping method, the relative velocity v of the particles trapped by the laser with respect to the liquid is increased while maintaining the laser trapping force constant by maintaining the laser output constant. In this method, the relative velocity v when the particles are detached from the laser focusing position is measured.
Substituting into equation 2 the particle radius R, the constant laser trapping force F, and the relative velocity v when the particle leaves the condensing position of the laser, the viscosity η of the liquid can be determined. .

非特許文献1では、粘度測定装置にセットされた液体が静止しているものとして扱う。例えば水のように低粘度の液体は、粘度測定装置にセットされた後にすみやかに流動し終えて平坦な水面に広がって安定するために、粘度測定中の水は静止しているとみなすことができる。したがって、計測された相対速度v(正確には液体支持体とレーザ集光位置の相対速度v)の値をそのまま粘度ηの計算に用いることができる。
しかしながら液体の粘度が高いと、液体支持体にセットされた液体はその後もなかなか平坦に落ち着かず、流動しつづけることが多い。例えば高粘度オイルなどは、ゆっくりと長時間流れつづける。粘度測定中の液体が流動し続けていると、計測された相対速度vは、液体支持体とレーザ集光位置の相対速度ではあっても、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度ではないことになり、粘度測定中の液体の流動現象に起因して、不正確な粘度を計算してしまうことになる。
In Non-Patent Document 1, it is assumed that the liquid set in the viscosity measuring device is stationary. For example, a low-viscosity liquid, such as water, can be regarded as stationary during measurement because it will flow quickly after being set in the viscosity measurement device and spread over a flat surface of water. it can. Therefore, the value of the measured relative velocity v (more precisely, the relative velocity v between the liquid support and the laser focusing position) can be used as it is for the calculation of the viscosity η.
However, when the viscosity of the liquid is high, the liquid set on the liquid support does not settle down easily and often continues to flow. For example, high viscosity oil continues to flow slowly for a long time. If the liquid whose viscosity is being measured continues to flow, the measured relative velocity v is not the relative velocity of the liquid at the particle and the particle location, even if it is the relative velocity between the liquid support and the laser focusing position. Therefore, an inaccurate viscosity is calculated due to the flow phenomenon of the liquid during the viscosity measurement.

液体の流動速度は一般に3次元で表わされるが、液体支持体にセットされた液体の厚さは面方向の広がりに比して小さいので、液体支持面と平行な2次元面内の流動で近似することができる。以下ではこの面をx−y平面とする。
液体支持体に対するレーザ集光位置の相対速度をu(x方向成分u,y方向成分u)とし、液体支持体に対する液体の流動速度をw(x方向成分w,y方向成分w)とし、レーザ集光位置に対する液体の相対速度をv(x方向成分v,y方向成分v)とすると、v=u−wとなり、v=u−wとなる。従って、下記3式が導かれる。
v={u+w−2(u+u)}1/2 ・・・(3)
液体支持体に対して液体が流動していなければ、w=w=w=0となり、v=uが成立するが、液体が流動してw≠0であるとv≠uとなる。
レーザで粘度を測定する場合、レーザ集光位置(ないしは粒子位置)に対する液体の相対速度vが重要であり、v≠uであるのであれば、レーザ集光位置(ないしは粒子位置)と液体支持体の相対速度uから粘度を計算すると、不正確な粘度を計算してしまうことになる。
The flow velocity of the liquid is generally expressed in three dimensions, but the thickness of the liquid set on the liquid support is smaller than the spread in the surface direction, so it approximates the flow in a two-dimensional plane parallel to the liquid support surface. can do. Hereinafter, this plane is referred to as an xy plane.
The relative velocity of the laser focusing position with respect to the liquid support is u (x direction component u x , y direction component u y ), and the flow velocity of the liquid with respect to the liquid support is w (x direction component w x , y direction component w y). ), and comes to the relative velocity of the liquid to the laser light converging position v (x direction component v x, and y-direction component v y), v x = u x -w x becomes, the v y = u y -w y . Therefore, the following three formulas are derived.
v = {u 2 + w 2 −2 (u x w x + u y w y )} 1/2 (3)
If the liquid does not flow with respect to the liquid support, w x = w y = w = 0 and v = u holds, but if the liquid flows and w ≠ 0, v ≠ u.
When measuring the viscosity with a laser, the relative velocity v of the liquid with respect to the laser focusing position (or particle position) is important. If v ≠ u, the laser focusing position (or particle position) and the liquid support are used. If the viscosity is calculated from the relative velocity u, an inaccurate viscosity is calculated.

本発明では、高粘度の液体は粘度測定中も流動し続けることを考慮し、レーザ集光位置(ないしは粒子位置)に対する液体の相対速度vに基づいて正しい粘度を測定し、レーザ集光位置と液体支持体の相対速度uから不正確な粘度を測定してしまうことがない技術を提供する。   In the present invention, taking into account that a high-viscosity liquid continues to flow during viscosity measurement, the correct viscosity is measured based on the relative velocity v of the liquid with respect to the laser focusing position (or particle position), and the laser focusing position A technique is provided in which an inaccurate viscosity is not measured from the relative velocity u of a liquid support.

(課題を解決するための一つの手段)
本発明に係わる一つの粘度測定方法では、レーザを照射して液体中に浮遊している粒子を液体支持体に対して移動させる工程と、液体支持体に対して移動する粒子の相対速度を特定する工程と、特定された相対速度に、液体支持体に対して流動する液体の流動速度を補正し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算する工程と、そうして計算された粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を用いて液体の粘度を計算する工程とを実施する。
(その作用)
本方法では、液体支持体と粒子の相対速度から液体の粘度を計算しない。液体支持体と粒子の相対速度に、液体支持体に対して流動する液体の流動速度を補正し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算する。そして、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を用いて液体の粘度を計算する。
この方法によると、粘度測定中の液体が流動しつづけても、正しい粘度を測定することができる。
(One way to solve the problem)
In one viscosity measurement method according to the present invention, a step of moving a particle suspended in a liquid by irradiating a laser with respect to the liquid support and a relative velocity of the particles moving with respect to the liquid support are specified. Correcting the flow velocity of the liquid flowing relative to the liquid support to the specified relative velocity, calculating the relative velocity of the liquid at the particle and the particle location, and the calculated particle And calculating the viscosity of the liquid using the relative velocity of the liquid at the particle location.
(The action)
In this method, the viscosity of the liquid is not calculated from the relative velocity between the liquid support and the particles. The flow velocity of the liquid flowing with respect to the liquid support is corrected to the relative velocity between the liquid support and the particle, and the relative velocity of the liquid at the particle and particle existence site is calculated. Then, the viscosity of the liquid is calculated using the relative velocity of the liquid at the particle and the particle existence site.
According to this method, the correct viscosity can be measured even if the liquid whose viscosity is being measured continues to flow.

(課題を解決するための一つの好ましい手段)
レーザを照射して粒子をレーザの集光位置にトラップし、その集光位置を液体支持体に対して移動させることによって、粒子を液体支持体に対して移動させることができる。
粒子を液体支持体に対して移動させるには、液体支持体を固定して粒子をトラップした集光位置を移動させるか、粒子をトラップしたまま集光位置を固定して液体支持体を移動させることによって行なわれる。
この方法によると、レーザトラッピング法によって、粘度が計測される。粘度測定中の液体が流動しつづけても、正しい粘度を測定することができる。
(One preferred means for solving the problem)
The particles can be moved relative to the liquid support by irradiating the laser to trap the particles at the laser focusing position and moving the focusing position relative to the liquid support.
To move the particles with respect to the liquid support, the liquid support is fixed and the condensing position where the particles are trapped is moved, or the liquid support is moved while the condensing position is fixed while the particles are trapped. Is done.
According to this method, the viscosity is measured by a laser trapping method. Even if the liquid whose viscosity is being measured continues to flow, the correct viscosity can be measured.

(課題を解決するための一つの好ましい手段)
レーザを照射して粒子に光圧を作用させることによって、粒子を液体支持体に対して移動させることもできる。
この方法では、レーザの光圧によって粒子を液体支持体に対して移動させる。この場合にも、液体支持体に対して流動する液体の流動速度を補正することが有用であり、流動速度分を補正して粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算することによって、粘度測定中の液体が流動しつづけても、正しい粘度を測定することができる。
(One preferred means for solving the problem)
The particles can also be moved relative to the liquid support by irradiating the laser with light pressure acting on the particles.
In this method, particles are moved relative to the liquid support by the light pressure of the laser. In this case as well, it is useful to correct the flow rate of the liquid flowing with respect to the liquid support, and the viscosity is calculated by correcting the flow rate and calculating the relative velocity of the liquid at the particle-existing site. Even if the liquid being measured continues to flow, the correct viscosity can be measured.

(課題を解決するための一つの好ましい手段)
粒子存在部位における液体の流動速度を直接的に計測してもよい。この場合には、液体支持体に対して移動する粒子の相対速度と、液体支持体に対して流動する液体の流動速度を特定し、両者の差を計算することによって流動速度の影響を除去し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算することができる。
(One preferred means for solving the problem)
The flow velocity of the liquid at the particle existence site may be directly measured. In this case, the relative velocity of the particles moving relative to the liquid support and the flow velocity of the liquid flowing relative to the liquid support are specified, and the influence of the flow velocity is eliminated by calculating the difference between the two. The relative velocity of the particles and the liquid at the particle location can be calculated.

(課題を解決するための一つの好ましい手段)
液体支持体に対して複数方向に粒子を移動させ、方向別の粒子の移動速度から液体支持体に対して流動する液体の流動速度を潜在的に特定し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算するようにしてもよい。
液体支持体に対して複数方向に粒子を移動させると、方向別の粒子の移動速度に液体の流動速度が加味される。このことから、液体支持体に対して流動する液体の流動速度を数学的に計算することが可能となり、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算することができる。この数学的プロセスでは、液体の流動速度を明示的に計算する必要がなく、粒子と液体の相対速度を直接的に計算することができる。粒子と液体の相対速度を直接的に計算する場合でも、液体の流動速度を計算しようとすれば計算できる論理で計算することになる。むしろ、暗黙のうちに液体の流動速度を計算し、それを利用して粒子と液体の相対速度を計算するということもできる。明示的に解かないで、その先に存在する量を直接的に計算することを、ここでは潜在的に特定するという。
(One preferred means for solving the problem)
By moving particles in multiple directions with respect to the liquid support, the flow rate of the liquid flowing with respect to the liquid support is potentially identified from the movement speed of the particles in each direction, and the relative liquids at the site where the particles are present The speed may be calculated.
When the particles are moved in a plurality of directions with respect to the liquid support, the flow rate of the liquid is added to the moving speed of the particles in each direction. From this, it becomes possible to mathematically calculate the flow velocity of the liquid flowing with respect to the liquid support, and it is possible to calculate the relative velocity of the liquid at the particle and the particle existence site. In this mathematical process, it is not necessary to explicitly calculate the flow velocity of the liquid, and the relative velocity of the particles and the liquid can be calculated directly. Even when the relative velocity of the particle and the liquid is directly calculated, it is calculated with a logic that can be calculated if the flow velocity of the liquid is calculated. Rather, it is also possible to implicitly calculate the flow velocity of the liquid and use it to calculate the relative velocity of the particles and the liquid. To explicitly calculate the quantity that exists ahead without explicitly solving it is said to be potentially specified here.

(課題を解決するための一つの好ましい手段)
レーザトラッピング法に本発明を適用する場合、レーザを照射して液体中に浮遊している粒子をレーザの集光位置にトラップする工程と、液体支持体に対する集光位置の移動速度を増大させながら、及び/又は、粒子をトラップしているレーザ出力を低下させながら液体支持体に対して集光位置を移動させている間に、集光位置にトラップされていた粒子が集光位置から離脱した時の液体支持体と集光位置の相対速度とレーザ出力を特定する工程と、集光位置から離脱した時の液体支持体と集光位置の相対速度に、集光位置に対する液体の流動速度を補正し、「集光位置から離脱した時の粒子と粒子存在部位における液体の相対速度」を計算する工程と、計算された「集光位置から離脱した時の粒子と粒子存在部位における液体の相対速度」と特定されたレーザ出力から液体の粘度を計算する工程とを実施する。
レーザトラッピング法では、粒子と液体の相対移動によって粒子に加わる粘性抵抗力によってトラップが破られる時を特定する。トラップが破られる現象を得るために、液体支持体に対して集光位置を移動させる。移動中に、液体支持体に対する集光位置の移動速度を増大させるか、あるいは、粒子をトラップしているレーザ出力を低下させることによって、トラップが破られて集光位置にトラップされていた粒子が集光位置から離脱する。
従来は、集光位置から離脱した時の液体支持体と集光位置の相対速度から粘性を計算していたために、液体支持体に対して液体が流動していると、液体支持体と集光位置の相対速度は、粒子と液体の相対速度に一致せず、誤った粘度を計算してしまう。本方法では、集光位置に対する液体の流動速度を補正し、「集光位置から離脱した時の粒子と粒子存在部位における液体の相対速度」を特定し、この相対速度から粘度を計算するために正しい粘度を計算することができる。
(One preferred means for solving the problem)
When the present invention is applied to the laser trapping method, the step of trapping particles suspended in the liquid by irradiating the laser at the condensing position of the laser and increasing the moving speed of the condensing position with respect to the liquid support And / or while moving the light collection position with respect to the liquid support while reducing the laser output trapping the particles, the particles trapped at the light collection position are detached from the light collection position. The relative velocity between the liquid support and the condensing position at the time and the laser output, and the relative velocity between the liquid support and the condensing position when leaving the condensing position. And the process of calculating the "relative velocity of the particle and the liquid at the particle location when leaving the condensing position" and the calculated "relative of the liquid at the particle and the particle existing site when leaving the focusing position"speed" Implementing a step of calculating the viscosity of the liquid from the laser output identified.
In the laser trapping method, the time when the trap is broken by the viscous resistance force applied to the particles by the relative movement of the particles and the liquid is specified. In order to obtain a phenomenon that the trap is broken, the light collection position is moved with respect to the liquid support. During movement, the trapping rate is increased by increasing the moving speed of the focusing position relative to the liquid support, or by reducing the laser power trapping the particles, so that the trapped particles are trapped at the focusing position. Move away from the focusing position.
Conventionally, the viscosity is calculated from the relative velocity between the liquid support and the light collection position when the liquid support is separated from the light collection position. The relative velocity of the position does not match the relative velocity of the particles and the liquid, and the wrong viscosity is calculated. In this method, in order to calculate the viscosity from the relative velocity by correcting the flow velocity of the liquid with respect to the condensing position, specifying the “relative velocity of the particle and the liquid at the particle existence site when leaving the condensing position”. The correct viscosity can be calculated.

(課題を解決するための一つの好ましい手段)
レーザによって粒子に光圧を加える測定方法では、レーザを照射して液体中に浮遊している粒子に光圧を作用させて移動させる工程と、光圧によって移動する粒子の速度を特定する工程と、特定された粒子速度に、粒子存在部位における液体の流動速度を補正し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算する工程と、計算された粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を用いて液体の粘度を計算する工程とを実施する。
この方法の場合も、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を用いて液体の粘度を計算するために、測定中の液体が流動していても、正確な粘度を計算することができる。
(One preferred means for solving the problem)
In the measurement method in which light pressure is applied to particles by a laser, a step of moving the particles by irradiating the laser and applying light pressure to the particles suspended in the liquid, and a step of specifying the speed of the particles moving by the light pressure Correcting the flow velocity of the liquid at the particle location to the specified particle velocity, calculating the relative velocity of the liquid at the particle and the particle location, and calculating the relative velocity of the liquid at the particle and the particle location. And calculating the viscosity of the liquid.
Also in this method, since the viscosity of the liquid is calculated using the relative velocity of the liquid at the particle and the particle existence site, the accurate viscosity can be calculated even if the liquid under measurement is flowing.

(課題を解決するための一つの手段)
本発明は、液体の粘度を示す指標を測定する装置をも実現した。その装置は、液体を支持する液体支持体と、レーザを照射して液体中に浮遊している粒子を液体支持体に対して移動させるレーザ照射装置と、液体支持体に対する粒子の移動速度を特定する手段、前記移動速度に、液体支持体に対する粒子存在部位における液体の流動速度を補正し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算する手段とを備える。
この装置で計算される粒子と粒子存在部位における液体の相対速度は、液体の粘度を示す指標であり、この指標が得られると正しい粘度を知ることができるようになる。
(One way to solve the problem)
The present invention has also realized an apparatus for measuring an index indicating the viscosity of a liquid. The device identifies the liquid support that supports the liquid, the laser irradiation device that moves the particles suspended in the liquid by irradiating the laser to the liquid support, and the moving speed of the particles relative to the liquid support. Means for correcting the flow velocity of the liquid at the particle existence site relative to the liquid support, and calculating the relative velocity of the liquid at the particle and particle existence site.
The relative velocity of the particle and the liquid at the particle location calculated by this apparatus is an index indicating the viscosity of the liquid, and when this index is obtained, the correct viscosity can be known.

(課題を解決するための一つの好ましい手段)
レーザトラッピング法に用いる装置の場合、液体を支持する液体支持体と、液体中に浮遊している粒子を集光位置にトラップするレーザ照射装置と、液体支持体と集光位置を相対移動させる手段と、液体支持体に対する粒子の移動速度を特定する手段と、液体支持体に対して流動する液体の流動速度を少なくとも潜在的に特定する手段と、集光位置から離脱した時の粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を特定する手段を備える。
液体支持体に対する液体の流動速度を少なくとも潜在的に特定するという場合、流動速度を直接的に測定する手段、計算して明示的に計算する手段の他、明示的には計算しないが計算される流動速度と整合する粒子と液体の相対速度を直接的に計算する手段が含まれる。
この装置によると、測定中も流動しつづける液体の粘度を正確に計算するのに必要な指標が得られ、流動しつづける液体の粘度を正確に知ることができるようになる。
(One preferred means for solving the problem)
In the case of an apparatus used for the laser trapping method, a liquid support for supporting a liquid, a laser irradiation device for trapping particles suspended in the liquid at a light collection position, and a means for relatively moving the liquid support and the light collection position And means for identifying the moving speed of the particles relative to the liquid support; means for at least potentially identifying the flow speed of the liquid flowing with respect to the liquid support; Means are provided for identifying the relative velocity of the liquid at the site.
When we at least potentially specify the flow rate of a liquid relative to a liquid support, it is calculated not only explicitly but also by means of directly measuring the flow rate, calculating and explicitly calculating it. A means for directly calculating the relative velocity of the particles and liquid that matches the flow velocity is included.
According to this apparatus, an index necessary for accurately calculating the viscosity of the liquid that continues to flow during the measurement can be obtained, and the viscosity of the liquid that continues to flow can be accurately known.

(課題を解決するための一つの好ましい手段)
レーザによって粒子に光圧を加える場合には、液体を支持する液体支持体と、液体中に浮遊している粒子に光圧を加えて粒子を移動させるレーザ照射装置と、液体支持体に対する粒子の移動速度を特定する手段と、液体支持体に対して流動する液体の流動速度を少なくとも潜在的に特定する手段と、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を特定する手段を設ける。
この装置によると、測定中も流動しつづける液体の粘度を正確に計算するのに必要な指標が得られ、流動しつづける液体の粘度を正確に知ることができるようになる。
(One preferred means for solving the problem)
When light pressure is applied to particles by a laser, a liquid support that supports the liquid, a laser irradiation device that moves the particles by applying light pressure to the particles suspended in the liquid, and a particle support for the liquid support Means for specifying the moving speed, means for at least potentially specifying the flow speed of the liquid flowing with respect to the liquid support, and means for specifying the relative speed of the liquid at the particle and the particle existing site are provided.
According to this apparatus, an index necessary for accurately calculating the viscosity of the liquid that continues to flow during the measurement can be obtained, and the viscosity of the liquid that continues to flow can be accurately known.

以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
(形態1)
液体中に浮遊している粒子にレーザを照射して粒子をレーザの集光位置にトラップする工程と、集光位置にトラップされた粒子を液体支持体に対して相対移動させ、集光位置にトラップされた粒子が集光位置から離脱した時の相対速度を計測する工程と、液体支持体に対する「トラップされた粒子の存在部位における液体の流動速度」を計測する工程と、両工程で計測された「集光位置から離脱した時の相対速度」と「流動速度」から「集光位置から離脱した時の粒子と粒子の存在部位における液体の相対速度」を計算する工程と、計算された「集光位置から離脱した時の粒子と粒子の存在部位における液体の相対速度」から液体の粘度を計算する工程とを実施する。
この場合、液体支持体を固定しておいてレーザの集光位置を移動させてもよいし、レーザの集光位置を固定しておいて液体支持体を移動させてもよい。
(形態2)
液体中に浮遊している粒子にレーザを照射して粒子をレーザの集光位置にトラップする工程と、集光位置にトラップされた粒子を液体の流動方向に相対移動させ、集光位置にトラップされた粒子が集光位置から離脱した時の相対速度(液体支持体と集光位置の相対速度)を計測する工程と、集光位置にトラップされた粒子を液体の流動方向の反対方向に相対移動させ、集光位置にトラップされた粒子が集光位置から離脱した時の相対速度(液体支持体と集光位置の相対速度)を計測する工程と、計測された2つの「集光位置から離脱した時の相対速度」の平均値を計算する工程と、計算された平均値から液体の粘度を計算する工程を実施する。
本方法では、トラップした粒子を流動方向に移動させて、集光位置から離脱したときの相対速度を計測した後、トラップした粒子を反対方向に移動させて、集光位置から離脱したときの相対速度を計測し、これらの平均値を計算する。平均値を計算すると、液体の流動による影響が打ち消され、液体に対する粒子の移動速度が計算される。
The main features of the embodiments described below are listed first.
(Form 1)
A step of irradiating particles suspended in the liquid with a laser to trap the particles at the laser condensing position, and moving the particles trapped at the condensing position relative to the liquid support to Measured in both steps, the process of measuring the relative velocity when trapped particles leave the focusing position, the process of measuring the "fluid velocity of the trapped particles at the site of the trapped particles" relative to the liquid support. Calculating the "relative speed of the liquid at the site where the particles and the particles are present when leaving the condensing position" from the "relative speed when leaving the condensing position" and "flow velocity", and the calculated " The step of calculating the viscosity of the liquid from the “relative velocity of the liquid at the site where the particle and the particle are present when the light is separated from the light collecting position” is performed.
In this case, the laser support position may be moved while the liquid support is fixed, or the liquid support may be moved while the laser focus position is fixed.
(Form 2)
A step of irradiating a particle floating in the liquid with a laser to trap the particle at the condensing position of the laser, and moving the particle trapped at the condensing position relative to the flow direction of the liquid and trapping at the condensing position Measuring the relative speed (relative speed between the liquid support and the condensing position) when the collected particles leave the condensing position, and the particles trapped at the condensing position are relative to the direction opposite to the liquid flow direction. A step of measuring the relative speed (relative speed between the liquid support and the condensing position) when the particles trapped at the condensing position are moved away from the condensing position, The step of calculating the average value of the “relative speed at the time of separation” and the step of calculating the viscosity of the liquid from the calculated average value are performed.
In this method, the trapped particles are moved in the flow direction, and the relative speed when they are separated from the condensing position is measured. Measure the speed and calculate the average of these. When the average value is calculated, the influence of the liquid flow is canceled, and the moving speed of the particles relative to the liquid is calculated.

(形態3)
液体中に浮遊している粒子にレーザを照射して粒子を光圧によって移動させる工程と、光圧によって移動する粒子の速度を計測する工程と、粒子の存在部位における液体の流動速度を計測する工程と、前記両工程で計測された「粒子の速度」と「流動速度」から、「粒子と粒子の存在部位における液体の相対速度」を計算する工程と、「粒子と粒子存在部位における液体の相対速度」から液体の粘度を計算する工程を実施する。
本方法では、粒子をトラップして粒子に液体の粘性抵抗力を作用させる代わりに、レーザの光圧によって粒子を移動させることによって粒子に液体の粘性抵抗力を作用させる。粒子をトラップするためにはレーザを連続的に照射しなければならず高出力のレーザが必要となるが、それに比して低出力のレーザで足りるため、液体や粒子の温度が上昇して変質してしまうことを回避することができる。
(形態4)
液体中に浮遊している粒子にレーザを照射して粒子を光圧によって液体の流動方向に移動させる工程と、光圧によって流動方向に移動する粒子の速度を計測する工程と、液体中に浮遊している粒子にレーザを照射して粒子を光圧によって反対方向に移動させる工程と、光圧によって反対方向に移動する粒子の速度を計測する工程と、前記両工程で計測された2つの「粒子の速度」の平均値を計算する工程と、計算された平均値から液体の粘度を計算する工程を実施する。
本方法では、粒子を光圧によって液体の流動方向に移動させたときの粒子の速度を計測した後、粒子を光圧によって反対方向に移動させたときの粒子の速度を計測し、これらの速度の平均値を計算する。平均値を計算すると、液体の流動による影響が打ち消され、「粒子と粒子存在部位における液体の相対速度」によって粘度の計算を行なうことができる。
(Form 3)
Irradiating a particle floating in the liquid with a laser to move the particle by light pressure, measuring the velocity of the particle moving by the light pressure, and measuring the flow velocity of the liquid at the particle location A step of calculating a “relative velocity of liquid at the particle and particle existence site” from the “particle velocity” and the “flow velocity” measured in both steps; The step of calculating the viscosity of the liquid from the “relative speed” is carried out.
In this method, instead of trapping the particles and applying the liquid viscous resistance force to the particles, the liquid viscous resistance force is applied to the particles by moving the particles by the optical pressure of the laser. In order to trap particles, it is necessary to irradiate the laser continuously, and a high-power laser is necessary. However, since a low-power laser is sufficient, the temperature of the liquid or particles rises and changes quality. Can be avoided.
(Form 4)
A step of irradiating a particle floating in the liquid with a laser to move the particle in the flow direction of the liquid by light pressure, a step of measuring the speed of the particle moving in the flow direction by the light pressure, and a suspension in the liquid A step of irradiating a particle to a laser to move the particle in the opposite direction by the light pressure, a step of measuring the velocity of the particle moving in the opposite direction by the light pressure, and the two “ A step of calculating an average value of “particle velocity” and a step of calculating the viscosity of the liquid from the calculated average value are performed.
In this method, after measuring the velocity of the particles when the particles are moved in the liquid flow direction by light pressure, the velocity of the particles is measured when the particles are moved in the opposite direction by light pressure. Calculate the average value of. When the average value is calculated, the influence of the flow of the liquid is canceled, and the viscosity can be calculated based on “the relative velocity of the liquid at the particle and the site where the particle exists”.

(形態5)
測定対象の液体は、塗料や高分子材料等の各種の液体である。液体の形態は特に限定されず、薄膜や積層膜を有するものや、2種類以上の相から成る浮遊系であってもよい。微小体積しかもたない各膜や各相毎に粘度を計測することが可能である。
(形態6)
測定対象の液体の温度を変化させる手段を有する。適当な任意の温度で粘度を測定することができる。
(Form 5)
The liquids to be measured are various liquids such as paints and polymer materials. The form of the liquid is not particularly limited, and a liquid having a thin film or a laminated film or a floating system composed of two or more phases may be used. Viscosity can be measured for each film or each phase having only a minute volume.
(Form 6)
Means for changing the temperature of the liquid to be measured. Viscosity can be measured at any suitable temperature.

(形態7)
粒子は、沈殿することなく液体中で浮遊するものであればよい。沈殿を防ぐために粒子の表面に処理を施してもよい。粘度の計測のために液体に粒子を添加してもよいが、予め液体中に含まれている粒子を用いることができる。
(形態8)
粒子の形状は特に限定されないが、球形であることが好ましい。球形の粒子の場合は前記式(1)が成立するので、計測が容易で計測精度が高くなる。粒子の径は、計測対象の液体のかたまりの3次元寸法より十分小さいことが要求される。十分小さい場合に前記式(1)が成立するためである。粒子径の分布は、できるだけ小さい範囲にとどまることが好ましい。粘度の算出には粒子径が不可欠であり、分布範囲が十分小さいと、平均粒子径を粘度計算上の粒子径として用いることができ、粘度の測定の都度粒子径を計測する必要がないのに対し、分布範囲が大きいと、粘度測定の都度粒子径を計測しなければならないためである。
(形態9)
レーザでトラップする粒子は、レーザに対して透明であることが望ましい。粒子の材料としては、吸収、散乱、反射が小さいもので、屈折率が液体よりも大きいことが望ましいため、液体との関係で選択する必要がある。レーザの光圧で移動する粒子は、反射の大きいものが望ましい。
(形態10)
液体中の粒子の濃度は、レーザ照射する粒子を探すのに必要以上の時間がかからない範囲でできるだけ低いことが好ましい。濃度が高いと液体の粘度に対する粒子の濃度の影響が無視できなくなるためである。
(形態11)
レーザを照射する粒子と比較対照する他の粒子は、レーザの影響を受けない範囲でできる限り照射位置に近い粒子であることが望ましい。距離が近い粒子であれば、その粒子の流動速度を、レーザを照射する粒子の存在部位における液体の流動速度とみなすことができるためである。
(形態12)
レーザを照射する粒子と比較対照する他の粒子は、できる限り多いことが好ましい。多くの粒子の平均を取ることで、誤差が小さくなるためである。
(Form 7)
The particles may be any particles that float in the liquid without sedimentation. In order to prevent precipitation, the surface of the particles may be treated. Particles may be added to the liquid for viscosity measurement, but particles previously contained in the liquid can be used.
(Form 8)
The shape of the particles is not particularly limited, but is preferably spherical. In the case of spherical particles, the above equation (1) is established, so that measurement is easy and measurement accuracy is high. The particle diameter is required to be sufficiently smaller than the three-dimensional dimension of the liquid mass to be measured. This is because the formula (1) is established when the value is sufficiently small. The particle size distribution is preferably as small as possible. The particle size is indispensable for calculating the viscosity. If the distribution range is sufficiently small, the average particle size can be used as the particle size for viscosity calculation, and it is not necessary to measure the particle size every time the viscosity is measured. On the other hand, if the distribution range is large, the particle diameter must be measured every time the viscosity is measured.
(Form 9)
The particles trapped by the laser are preferably transparent to the laser. The material of the particles is small in absorption, scattering, and reflection, and it is desirable that the refractive index is higher than that of the liquid. Therefore, it is necessary to select the material in relation to the liquid. Particles that move with the laser light pressure are preferably highly reflective.
(Form 10)
The concentration of the particles in the liquid is preferably as low as possible within a range that does not take more time than necessary to find the particles to be irradiated with the laser. This is because if the concentration is high, the influence of the concentration of the particles on the viscosity of the liquid cannot be ignored.
(Form 11)
It is desirable that the other particles to be compared and contrasted with the laser-irradiated particles are particles as close to the irradiation position as possible within a range not affected by the laser. This is because if the particles are close to each other, the flow velocity of the particles can be regarded as the flow velocity of the liquid at the site where the particles to be irradiated with the laser are present.
(Form 12)
It is preferable that the number of other particles to be compared with the particles irradiated with the laser is as large as possible. This is because the error is reduced by taking the average of many particles.

(形態13)
レーザトラッピング法に用いるレーザ照射装置は、レーザ光源と集光光学系を有する。光圧によって粒子を反発するのに用いるレーザ照射装置は、指向性の良いレーザ光源を有するだけでもよいが、集光光学系を有するものがより好ましい。
(形態14)
レーザ光源として、固体レーザ、気体レーザ、半導体レーザ等、各種のレーザを用いることができる。レーザの波長は、液体および粒子に及ぼす影響が無いものが望ましく、具体的には、液体および粒子による吸収等ができる限り小さいことが望ましい。レーザは強度勾配を持つガウシアンビームを用いることが好ましい。レーザのパワーは、液体および粒子に悪影響を及ぼさない範囲でできる限り大きいことが望ましい。レーザが粒子をトラップする力の大きさや、粒子を運動させる光圧の大きさは、レーザパワーに比例し、トラップ力や光圧が大きいほど高精度の測定が可能となるためである。また、レーザのパワーは可変であることが望ましい。
(形態15)
集光光学系は、レーザ光源からのレーザを測定対象の液体内に焦点を結ぶように集光する。
(形態16)
集光光学系と液体との距離は短い方が好ましい。集光位置のスポット径は焦点距離に比例するため、距離が短い方がスポット径が小さく、集光位置でのパワー密度が高くなってトラップ力や光圧が大きくなるためである。照射の向きは、レーザトラッピング法の場合は液面に対して垂直であることが望ましく、レーザ光圧法の場合は液面にできる限り平行であることが望ましい。液体の流動の補正が容易となるためである。
(Form 13)
A laser irradiation apparatus used for the laser trapping method has a laser light source and a condensing optical system. The laser irradiation apparatus used to repel particles by light pressure may only have a laser light source with good directivity, but more preferably has a condensing optical system.
(Form 14)
As the laser light source, various lasers such as a solid laser, a gas laser, and a semiconductor laser can be used. The wavelength of the laser is desirably one that does not affect the liquid and particles, and specifically, it is desirable that the absorption by the liquid and particles be as small as possible. The laser preferably uses a Gaussian beam having an intensity gradient. It is desirable that the laser power be as large as possible without adversely affecting the liquid and particles. This is because the magnitude of the force with which the laser traps the particles and the magnitude of the light pressure that moves the particles are proportional to the laser power, and the higher the trapping force and the light pressure, the more accurate measurement becomes possible. The laser power is preferably variable.
(Form 15)
The condensing optical system condenses the laser from the laser light source so as to focus on the liquid to be measured.
(Form 16)
The distance between the condensing optical system and the liquid is preferably short. This is because the spot diameter at the condensing position is proportional to the focal length, so that the shorter the distance, the smaller the spot diameter, the higher the power density at the condensing position, and the greater the trapping force and light pressure. The direction of irradiation is preferably perpendicular to the liquid level in the case of the laser trapping method, and is preferably as parallel as possible to the liquid level in the case of the laser light pressure method. This is because it becomes easy to correct the flow of the liquid.

(形態17)
相対移動装置は、集光位置を移動させてトラップした粒子に液体の粘性抵抗力を作用させるものでもよいし、液体を移動させてトラップした粒子に粘性抵抗力を作用させるものでもよい。前者ではガルバノミラーを用いることができ、後者ではピエゾ素子等の微動手段を用いることができる。後者が簡単かつ低コストで製作できるので好ましい。
(形態18)
相対移動装置は、トラップした粒子、あるいは液体を、等速直線運動させるものが好ましい。粘度の算出に前記式(1)のストークスの法則を用いるためである。前記式(1)の粘性抵抗力に比べて慣性力が無視できる場合は、等加速度直線運動、等速円運動、単振動をさせるものでもよい。運動の方向は限定されないが、粘度の算出を容易とするために、レーザの入射面と直行する2次元の面内とすることが好ましい。
(Form 17)
The relative movement device may be one that causes the viscous resistance force of the liquid to act on the trapped particles by moving the light collection position, or may be one that causes the viscous resistance force to act on the trapped particles by moving the liquid. In the former case, a galvanometer mirror can be used, and in the latter case, fine movement means such as a piezo element can be used. The latter is preferable because it can be manufactured easily and at low cost.
(Form 18)
The relative movement device is preferably a device that linearly moves trapped particles or liquid at a constant speed. This is because Stokes' law of the formula (1) is used for calculating the viscosity. When the inertial force is negligible compared with the viscous resistance force of the above formula (1), a constant acceleration linear motion, a constant velocity circular motion, or a simple vibration may be used. The direction of motion is not limited, but it is preferable to be in a two-dimensional plane perpendicular to the incident surface of the laser in order to easily calculate the viscosity.

(形態19)
粒子計測装置として、顕微鏡、ビデオカメラ、画像解析装置等を用いることができる。粒子計測装置が自動計測を行う場合は、光検出器を有し、レーザと、レーザが照射された粒子との相互作用光を光検出器で検出することが好ましい。光圧で移動する粒子の計測を行なう場合は、光検出器は、レーザとは異なる光源からの光と、レーザが照射された粒子との相互作用光を検出してもよい。光検出器として、例えば、フォトダイオード等の半導体光検出器や光電子増倍管等を用いることができる。小さな光検出器を用いることで粘度測定装置全体の小型化を図れるだけでなく、簡単かつ低コストとなる。他に、静電気容量式運動計等の電気的装置、粒子を磁性体粒子にして磁気センサを用いる磁気的装置、超音波運動計等の音波的装置等を用いてもよい。
(形態20)
粒子による反射、吸収、散乱、蛍光等の相互作用による光(反射光、透過光、散乱光、蛍光等)は粒子に光が照射されていると生じるが、照射されなくなると生じなくなる。したがって、光検出器を有する粒子計測装置で粒子が光の照射位置にとどまっているか否かによって運動を検出する場合は、粒子による相互作用光の有無を検出することによって運動を検出することができる。
(形態21)
流動計測装置として、顕微鏡、ビデオカメラ、画像解析装置等を用いることができる。流動計測装置が自動計測を行う場合は、光検出器を有することが好ましい。
(形態22)
流動計測装置は、粒子計測装置と必ずしも別個に設ける必要はない。粒子計測装置と兼用することも可能である。
(Form 19)
As the particle measuring device, a microscope, a video camera, an image analysis device, or the like can be used. When the particle measuring apparatus performs automatic measurement, it is preferable to have a photodetector and detect the interaction light between the laser and the particles irradiated with the laser with the photodetector. When measuring particles moving with light pressure, the photodetector may detect light from a light source different from the laser and interaction light between the particles irradiated with the laser. As the photodetector, for example, a semiconductor photodetector such as a photodiode, a photomultiplier tube, or the like can be used. By using a small photodetector, not only can the size of the entire viscosity measuring apparatus be reduced, but also the cost can be simplified and reduced. In addition, an electrical device such as an electrostatic capacity type motion meter, a magnetic device using particles as magnetic particles and using a magnetic sensor, a sound device such as an ultrasonic motion meter, or the like may be used.
(Form 20)
Light (reflection light, transmitted light, scattered light, fluorescence, etc.) due to the interaction of reflection, absorption, scattering, fluorescence, and the like by the particles is generated when the particles are irradiated with light, but is not generated when the particles are not irradiated. Therefore, in the case where the motion is detected based on whether or not the particle remains at the light irradiation position with the particle measuring device having the photodetector, the motion can be detected by detecting the presence or absence of the interaction light due to the particle. .
(Form 21)
As the flow measurement device, a microscope, a video camera, an image analysis device, or the like can be used. When the flow measuring device performs automatic measurement, it is preferable to have a photodetector.
(Form 22)
The flow measuring device is not necessarily provided separately from the particle measuring device. It can also be used as a particle measuring device.

(第1実施例)図1は、本発明を具現化した第1実施例の粘度測定装置の概略構成を模式的に示す。粘度測定装置は、レーザ光源2と、ガルバノミラー6と、集光レンズ8と、粒子計測用の顕微鏡30と、流動計測用の顕微鏡26とそれに接続されたビデオカメラ28と、コンピュータ34と、テーブル24等で構成され、テーブル24上にガラス板22がセットされて用いられる。ガラス板22の上面には、粘度の測定対象の液体20が塗布されている。ガラス板22はテーブル22上に水平にセットされるが、液体20が高粘度であると、ガラス板22の上面に塗布された液体20は長時間にわたって流動しつづける。 (First Embodiment) FIG. 1 schematically shows a schematic configuration of a viscosity measuring apparatus according to a first embodiment embodying the present invention. The viscosity measuring apparatus includes a laser light source 2, a galvanometer mirror 6, a condenser lens 8, a particle measurement microscope 30, a flow measurement microscope 26, a video camera 28 connected thereto, a computer 34, and a table. The glass plate 22 is set on the table 24 and used. A liquid 20 whose viscosity is to be measured is applied to the upper surface of the glass plate 22. Although the glass plate 22 is set horizontally on the table 22, if the liquid 20 has a high viscosity, the liquid 20 applied to the upper surface of the glass plate 22 continues to flow for a long time.

液体20には、粒径分布範囲が非常に小さい半径1μmの球状シリカが10−3wt%程度添加されている。液体20は、ガラス板22上に膜厚が50μmなるように塗布されている。図1では説明の便宜のために3つの球状シリカ14,16,18のみが表わされているが、実際には多数の球状シリカが含まれている。これらの球状シリカ14,16,18は、液体20が同一方向に同一速度で流動しているとみなせる微小範囲内に存在している。液体20は高粘度であり、ガラス板22の上面に塗布されたあと長時間にわたって流動しつづける。 About 10 −3 wt% of spherical silica having a radius of 1 μm and a very small particle size distribution range is added to the liquid 20. The liquid 20 is applied on the glass plate 22 so as to have a film thickness of 50 μm. In FIG. 1, only three spherical silicas 14, 16, and 18 are shown for convenience of explanation, but actually, many spherical silicas are included. These spherical silicas 14, 16, and 18 exist in a minute range in which the liquid 20 can be regarded as flowing at the same speed in the same direction. The liquid 20 has a high viscosity and continues to flow for a long time after being applied to the upper surface of the glass plate 22.

レーザ光源2は、波長が523nmのYAGレーザである。集光レンズ8は、膜厚が50μmの液体20中の一点にレーザ4を集光する。集光位置に粒子が存在すると、その粒子は集光位置にトラップされる。   The laser light source 2 is a YAG laser having a wavelength of 523 nm. The condensing lens 8 condenses the laser 4 at one point in the liquid 20 having a film thickness of 50 μm. If particles are present at the collection position, the particles are trapped at the collection position.

ガルバノミラー6は、集光位置がガラス板22の上面と平行な面内で円を描くように集光位置10を変位させる。集光位置10にトラップされた粒子16は、集光位置10が円を描くのに追従して液体20中を移動する。集光位置10にトラップされた粒子16が液体20中を移動すると、粒子16には液体20から粘性抵抗力が作用する。粘性抵抗力は、粒子16を集光位置10にトラップしておくことを打ち破ろうとする。   The galvanometer mirror 6 displaces the condensing position 10 so that the condensing position draws a circle in a plane parallel to the upper surface of the glass plate 22. The particles 16 trapped at the condensing position 10 move in the liquid 20 following the condensing position 10 drawing a circle. When the particles 16 trapped at the condensing position 10 move in the liquid 20, a viscous resistance force acts on the particles 16 from the liquid 20. The viscous resistance force tries to overcome the trapping of the particles 16 at the condensing position 10.

顕微鏡30を利用することによって、観測者がトラップ粒子16の移動を観測するができる。観測者は、トラップ粒子16が液体の粘性抵抗力によって集光位置10から離脱した時に、特定スイッチ32を押す。特定スイッチ32が押されたことがコンピュータ34に入力され、トラップ粒子26が集光位置10から離脱した時を特定することができる。
顕微鏡26の映像はビデオカメラ28で撮影記録され、コンピュータ34で画像解析される。ビデオカメラ28に撮影されたトラップされていない粒子14,18(以下、フリー粒子14,18という)の像をコンピュータ34によって画像解析することによって、トラップ粒子16が存在している部位における液体20の流動速度と流動方向を計測することができる。
By using the microscope 30, the observer can observe the movement of the trapped particles 16. The observer presses the specific switch 32 when the trapped particles 16 are separated from the condensing position 10 due to the viscous resistance force of the liquid. It is input to the computer 34 that the specific switch 32 has been pressed, and it is possible to specify when the trapped particles 26 have left the condensing position 10.
The video of the microscope 26 is captured and recorded by the video camera 28 and image analysis is performed by the computer 34. The computer 34 analyzes the images of the untrapped particles 14 and 18 (hereinafter referred to as free particles 14 and 18) photographed by the video camera 28, so that the liquid 20 at the site where the trapped particles 16 are present. Flow velocity and flow direction can be measured.

第1実施例による粘度の測定方法について説明をする。測定に先だって、図3に例示する検量線を得ておく。
検量線を得るためには、レーザを用いない既存の方法によって粘度が既知の液体に対して、半径が既知の粒子を浮遊させ、レーザによってその粒子を集光位置にトラップする。その状態で、集光位置をテーブル24に対して変位させ、トラップ粒子に作用する粘性抵抗力によって粒子を集光位置にトラップしておくことができなくなったときの、テーブル24に対する集光位置の移動速度と、粒子をトラップしていたレーザの出力を検出する。レーザの出力を変化させ、移動速度を変化させ、粘度を異にする各種の液体に対して粒子をトラップしておくことができなくなったときの「粘度と、速度と、レーザ出力」の関係を整理することによって、図3の検量線を得ることができる。
ただし検量線を得るときには、流動する液体を利用しないことが肝要である。高粘度液体でも相当程度に時間をかければ流動が終了する。流動が終了した液体を用いて計測すれば、テーブル24に対する集光位置の移動速度は、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度に等しくなる。図3の検量線は、「粘度と、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度と、レーザ出力」の関係を図示している。
The viscosity measuring method according to the first embodiment will be described. Prior to the measurement, a calibration curve illustrated in FIG. 3 is obtained.
In order to obtain a calibration curve, particles having a known radius are suspended in a liquid having a known viscosity by an existing method that does not use a laser, and the particles are trapped at a condensing position by a laser. In this state, the condensing position is displaced with respect to the table 24, and the condensing position with respect to the table 24 when the particles cannot be trapped in the condensing position due to the viscous resistance acting on the trapped particles. The moving speed and the output of the laser trapping the particles are detected. The relationship between "viscosity, speed, and laser output" when it is no longer possible to trap particles against various liquids with different viscosities by changing the laser output, changing the moving speed By arranging, the calibration curve of FIG. 3 can be obtained.
However, when obtaining a calibration curve, it is important not to use a flowing liquid. Even if it is a high viscosity liquid, if a considerable amount of time is taken, the flow is completed. If measurement is performed using the liquid that has finished flowing, the moving speed of the light collecting position with respect to the table 24 becomes equal to the relative speed of the liquid at the particle and the particle existing site. The calibration curve in FIG. 3 illustrates the relationship between “viscosity, the relative velocity of particles and the liquid at the particle location, and laser output”.

検量線を得ておいてから、粘度が未知の液体20の粘度測定処理を開始する。最初に、顕微鏡26とビデオカメラ28とコンピュータ34によって、フリー粒子14,18の運動を観測する。図2の矢印36,38は、観測されたフリー粒子14,18の移動方向と移動速度を例示しており、図示の方向に速度2μm/sで等速直線流動していることが計測された例を示している。
次に、ガルバノミラー6によってレーザ光源2の集光位置10を調整し、粒子16をトラップする。粒子16をトラップした状態で、ガルバノミラー6で、集光位置を半径5μm、周期10sの円運動となるように移動させる。トラップ粒子16は、集光位置10に追従して矢印12のように円運動することが観測された。レーザの出力を一定に維持して周期を減少させたところ、周期4.5sのときに図2に示すようにトラップ粒子16が集光位置10から矢印40の方向に離脱するのが観測された。この臨界時のトラップ粒子16のテーブル24に対する速度は7μm/sと算出された。
After obtaining the calibration curve, the viscosity measurement process for the liquid 20 with unknown viscosity is started. First, the movements of the free particles 14 and 18 are observed by the microscope 26, the video camera 28, and the computer 34. The arrows 36 and 38 in FIG. 2 exemplify the moving direction and moving speed of the observed free particles 14 and 18, and it was measured that constant velocity linear flow was performed at a speed of 2 μm / s in the illustrated direction. An example is shown.
Next, the condensing position 10 of the laser light source 2 is adjusted by the galvanometer mirror 6 to trap the particles 16. In a state where the particles 16 are trapped, the converging position is moved by the galvanometer mirror 6 so as to have a circular motion with a radius of 5 μm and a period of 10 s. It was observed that the trapped particles 16 moved circularly as indicated by an arrow 12 following the converging position 10. When the period was decreased while maintaining the laser output constant, it was observed that the trapped particles 16 were detached from the condensing position 10 in the direction of the arrow 40 as shown in FIG. 2 when the period was 4.5 s. . The speed of the trapped particles 16 with respect to the table 24 at the critical time was calculated to be 7 μm / s.

図2の矢印36,38の方向と、矢印40の方向は、逆方向であるため、臨界時における液体20に対するトラップ粒子16の相対速度vは9μm/sであることがわかる。すなわち、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度は、9μm/sであることがわかる。そこで図3の検量線から、粘度が未知の液体20の粘度は、1Pa・sであることが判明する。
以上により、第1実施例によって測定した粘度(1Pa・s)は、レーザを用いない既存の方法で測定した粘度(1Pa・s)とよく一致し、高い精度で粘度が測定されたことがわかる。
Since the directions of the arrows 36 and 38 in FIG. 2 and the direction of the arrow 40 are opposite directions, it can be seen that the relative velocity v of the trapped particles 16 with respect to the liquid 20 at the critical time is 9 μm / s. That is, it can be seen that the relative velocity of the liquid between the particle and the particle existing site is 9 μm / s. Therefore, from the calibration curve of FIG. 3, it is found that the viscosity of the liquid 20 whose viscosity is unknown is 1 Pa · s.
From the above, it can be seen that the viscosity (1 Pa · s) measured by the first example is in good agreement with the viscosity (1 Pa · s) measured by an existing method not using a laser, and the viscosity was measured with high accuracy. .

(比較例1)第1実施例で観測されたトラップが破れたときのガラス板22に対する粒子16の速度7μm/sをそのまま用いて図3の検量線と参照すると、液体20の粘度は1.3Pa・sと求められる。
比較例1によって測定した粘度(1.3Pa・s)は、レーザを用いない既存の方法で測定した粘度(1Pa・s)と一致せず、測定誤差が生じていることがわかる。
粒子存在部位における液体の流動速度を計測し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計測することが必要であり、それを計測すると、正確な粘度を測定できることがわかる。
(Comparative Example 1) Using the 7 μm / s velocity of the particles 16 with respect to the glass plate 22 when the trap observed in the first example is broken, and referring to the calibration curve of FIG. It is required to be 3 Pa · s.
It can be seen that the viscosity (1.3 Pa · s) measured by Comparative Example 1 does not match the viscosity (1 Pa · s) measured by an existing method without using a laser, and a measurement error occurs.
It is necessary to measure the flow velocity of the liquid at the particle existence site and to measure the relative velocity between the particle and the liquid at the particle existence site. By measuring this, it can be seen that an accurate viscosity can be measured.

(第2実施例)図4は、本発明を具現化した第2実施例の粘度測定装置の概略構成を模式的に示す図である。ここでは、第1実施例の粘度測定装置と同様の構成については、同一符号を付すことによって重複説明を省略する。
粘度測定装置は主に、レーザ光源12と、ミラー7と、集光レンズ8と、粒子計測用の顕微鏡30とそれに接続されたビデオカメラ46と、流動計測用の顕微鏡26とそれに接続されたビデオカメラ28と、コンピュータ34と、相対移動装置42と、テーブル24等で構成され、テーブル24上に相対移動装置42が設置されている。相対移動装置42上には液体20が塗布されたガラス板22が水平にセットされている。
(Second Embodiment) FIG. 4 is a view schematically showing a schematic configuration of a viscosity measuring apparatus according to a second embodiment embodying the present invention. Here, about the structure similar to the viscosity measuring apparatus of 1st Example, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
The viscosity measuring apparatus mainly includes a laser light source 12, a mirror 7, a condenser lens 8, a particle measuring microscope 30, a video camera 46 connected thereto, a flow measuring microscope 26 and a video connected thereto. The camera 28, the computer 34, a relative movement device 42, a table 24, and the like, and the relative movement device 42 is installed on the table 24. A glass plate 22 coated with the liquid 20 is set horizontally on the relative movement device 42.

液体20には、粒径分布範囲が非常に小さい半径1μmのホウ桂酸ガラスが10−3wt%程度添加されている。液体20は、ガラス板22上に膜厚が50μmなるように塗布されている。図4では説明の便宜のために3つのホウ桂酸ガラス114,116,118のみが表わされているが、実際にはこれよりも多くのホウ桂酸ガラスが含まれている。これらのホウ桂酸ガラス116,114,118は、液体20が同一方向に同一速度で流動しているとみなせる微小範囲内に存在している。 About 10 −3 wt% of borosilicate glass having a radius of 1 μm and a very small particle size distribution range is added to the liquid 20. The liquid 20 is applied on the glass plate 22 so as to have a film thickness of 50 μm. In FIG. 4, only three borosilicate glasses 114, 116, and 118 are shown for convenience of explanation, but actually, more borosilicate glasses are included. These borosilicate glasses 116, 114, and 118 exist in a minute range in which the liquid 20 can be regarded as flowing at the same speed in the same direction.

レーザ光源12は、波長が680nmの半導体レーザである。ミラー7は、レーザ光源12からレーザを液体20の垂直上方から照射するように、テーブル24に移動可能に設置したスタンド(図示しない)によって所定の高さで支持されている。集光レンズ8は、膜厚が50μmの液体20中の一点にレーザを集光して、粒子をトラップする。   The laser light source 12 is a semiconductor laser having a wavelength of 680 nm. The mirror 7 is supported at a predetermined height by a stand (not shown) that is movably installed on the table 24 so that the laser beam is emitted from the laser light source 12 from above the liquid 20 vertically. The condensing lens 8 condenses the laser at one point in the liquid 20 having a film thickness of 50 μm and traps the particles.

相対移動装置42は、エピゾ素子44を内蔵している。相対移動装置42は矢印48方向に往復微動し、ガラス板22を移動させる。ガラス板22の微動に伴って液体20が移動するのに対し、粒子116は集光位置にトラップされたまま固定される。このため、粒子116には液体20から粘性抵抗力が作用する。粘性抵抗力は、粒子16を集光位置10にトラップしておくことを打ち破ろうとする。   The relative movement device 42 incorporates an epizo element 44. The relative movement device 42 reciprocally moves in the direction of the arrow 48 to move the glass plate 22. While the liquid 20 moves with the fine movement of the glass plate 22, the particles 116 are fixed while being trapped at the condensing position. For this reason, a viscous resistance force acts on the particles 116 from the liquid 20. The viscous resistance force tries to overcome the trapping of the particles 16 at the condensing position 10.

顕微鏡30の映像はビデオカメラ46で撮影記録され、コンピュータ34で画像解析される。ビデオカメラ46に撮影されたトラップ粒子116の像をコンピュータ34によって画像解析することによって、トラップ粒子116の移動速度と移動方向を計測することができる。
顕微鏡26の映像はビデオカメラ28で撮影記録され、コンピュータ34で画像解析される。ビデオカメラ28に撮影されたフリー粒子114,118の像をコンピュータ34によって画像解析することによって、トラップ粒子116が存在している部位における液体20の流動速度と流動方向を計測することができる。
The video of the microscope 30 is photographed and recorded by the video camera 46 and image analysis is performed by the computer 34. By analyzing the image of the trapped particles 116 photographed by the video camera 46 with the computer 34, the moving speed and moving direction of the trapped particles 116 can be measured.
The video of the microscope 26 is captured and recorded by the video camera 28 and image analysis is performed by the computer 34. By analyzing the images of the free particles 114 and 118 photographed by the video camera 28 by the computer 34, the flow velocity and the flow direction of the liquid 20 at the site where the trap particles 116 are present can be measured.

次に、第2実施例による粘度の測定方法について説明をする。まず、予め図3に示したような検量線を得ておく。
続いて、顕微鏡30で液体20中の粒子を観測しながら、ミラー7を動かして集光位置10を移動させ、粒子116を垂直上方からトラップする。
粒子116をトラップした状態で、相対移動装置44によって速度1μm/sでガラス板22を移動させる。トラップ粒子116は、集光位置10に留まっていることが観測された。レーザの出力を一定のまま移動速度を1.5μm/s、2.3μm/sと指数的に増加させたところ、速度7.5μm/sのときトラップ粒子116が集光位置10から離脱するのが観測された。この臨界時のガラス板22の動きが図5に示されており、ガラス板22が矢印48の方向に移動したときに、トラップ粒子116が集光位置10から離脱した。
一方、フリー粒子114,118はこの臨界時に、図5の矢印52の方向に移動するのが観測された。矢印48のガラス板22の移動を考慮すると、液体の流動は矢印50と計測できる。
Next, the viscosity measuring method according to the second embodiment will be described. First, a calibration curve as shown in FIG. 3 is obtained in advance.
Subsequently, while observing the particles in the liquid 20 with the microscope 30, the mirror 7 is moved to move the condensing position 10, and the particles 116 are trapped from vertically above.
In a state where the particles 116 are trapped, the glass plate 22 is moved by the relative movement device 44 at a speed of 1 μm / s. It was observed that the trapped particles 116 remained at the condensing position 10. When the moving speed is exponentially increased to 1.5 μm / s and 2.3 μm / s while keeping the laser output constant, the trapped particles 116 are detached from the converging position 10 when the speed is 7.5 μm / s. Was observed. The movement of the glass plate 22 at the critical time is shown in FIG. 5, and when the glass plate 22 moves in the direction of the arrow 48, the trapped particles 116 are detached from the condensing position 10.
On the other hand, the free particles 114 and 118 were observed to move in the direction of the arrow 52 in FIG. Considering the movement of the glass plate 22 indicated by the arrow 48, the liquid flow can be measured as an arrow 50.

矢印50の流動によって、トラップ粒子116の相対移動とみなせる矢印48の移動を補正すると、トラップ粒子116の相対移動は速度9μm/sの等速直線運動であると考えられる。すなわち、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度は、9μm/sであることがわかる。そこで図3に示したような検量線から、粘度が未知の液体20の粘度は、1Pa・sであることが判明する。
以上により、第1実施例によって測定した粘度(1Pa・s)は、レーザを用いない既存の方法で測定した粘度(1Pa・s)とよく一致し、高い精度で粘度が測定されたことがわかる。
If the movement of the arrow 48, which can be regarded as the relative movement of the trapped particles 116, is corrected by the flow of the arrow 50, the relative movement of the trapped particles 116 is considered to be a uniform linear motion at a speed of 9 μm / s. That is, it can be seen that the relative velocity of the liquid between the particle and the particle existing site is 9 μm / s. Therefore, from the calibration curve as shown in FIG. 3, it is found that the viscosity of the liquid 20 whose viscosity is unknown is 1 Pa · s.
From the above, it can be seen that the viscosity (1 Pa · s) measured by the first example is in good agreement with the viscosity (1 Pa · s) measured by an existing method not using a laser, and the viscosity was measured with high accuracy. .

(第3実施例)第3実施例では、液体の流動運動を直接的には計測しない。本実施例では、テーブルに対して複数方向に粒子を移動させる。第3実施例では、第1実施例、あるいは、第2実施例と同じ粘度測定装置を利用する。
例えば、図6に示すように、粒子をテーブル24に対して3方向に相対移動させる。ここでは、それぞれの移動方向は120度ずつ偏角している。これら各方向の移動速度u1,u2,u3を計測する。
計測された移動速度u1,u2,u3には、液体の流動速度Fが加味されている。流動速度Fは未知であるが、各流動速度Fは一定のはずである。また、粒子と液体の相対速度である|TB|の大きさは一定のはずである。したがって、移動速度u1,u2,u3を計測すれば、数学的に流動速度Fを計算することが可能となり、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算することができる。
(Third Embodiment) In the third embodiment, the fluid flow motion is not directly measured. In this embodiment, particles are moved in a plurality of directions with respect to the table. In the third embodiment, the same viscosity measuring apparatus as in the first embodiment or the second embodiment is used.
For example, as shown in FIG. 6, the particles are moved relative to the table 24 in three directions. Here, each moving direction is deviated by 120 degrees. The moving speeds u1, u2, u3 in these directions are measured.
The measured moving speeds u1, u2, and u3 include the liquid flow speed F. The flow rate F is unknown, but each flow rate F should be constant. Also, the magnitude of | TB |, which is the relative velocity between the particles and the liquid, should be constant. Therefore, if the moving speeds u1, u2, and u3 are measured, the flow speed F can be calculated mathematically, and the relative speed of the liquid at the particle and the particle existing site can be calculated.

さらに、図7に示すように、x方向に反対向きに2方向、y方向に反対向きに2方向の合計4方向に相対移動させると、さらに計算が容易になる。この場合、粒子と液体の相対速度である|TB|の大きさは、図7の下部に示した式で求められる。したがって、移動速度u1,u2,u3,u4がわかれば、流動速度Fを数学的に計算することが可能となる。
これらのプロセスでは、液体の流動速度を明示的に計算する必要がなく、粒子と液体の相対速度を直接的に計算することができる。暗黙のうちに液体の流動速度を計算し、それを利用して粒子と液体の相対速度を計算している。
Furthermore, as shown in FIG. 7, if the relative movement is performed in a total of four directions, ie, two directions opposite to the x direction and two directions opposite to the y direction, the calculation is further facilitated. In this case, the magnitude of | TB |, which is the relative velocity between the particles and the liquid, can be obtained by the equation shown in the lower part of FIG. Therefore, if the moving speeds u1, u2, u3, u4 are known, the flow speed F can be mathematically calculated.
In these processes, it is not necessary to explicitly calculate the flow velocity of the liquid, and the relative velocity of the particles and the liquid can be calculated directly. The flow velocity of the liquid is calculated implicitly, and the relative velocity between the particle and the liquid is calculated using this.

(第4実施例)図8は、本発明を具現化した第4実施例の粘度測定装置の概略構成を模式的に示す図である。
粘度測定装置は主に、レーザ照射装置204と、集光レンズ208と、粒子計測用の顕微鏡230とそれに接続されたビデオカメラ228と、コンピュータ234と、テーブル224等で構成されている。テーブル224上には液体220が塗布されたガラス板222が水平にセットされている。
(Fourth Embodiment) FIG. 8 is a view schematically showing a schematic configuration of a viscosity measuring apparatus according to a fourth embodiment embodying the present invention.
The viscosity measuring apparatus mainly includes a laser irradiation device 204, a condenser lens 208, a particle measuring microscope 230, a video camera 228 connected thereto, a computer 234, a table 224, and the like. On the table 224, a glass plate 222 coated with the liquid 220 is set horizontally.

液体220は、粒径分布範囲が非常に小さい半径1μmの塗料粒子が含まれている。液体220は、ガラス板222上に膜厚が50μmになるように塗布されている。図8では説明の便宜のために1つの塗料粒子216のみが表わされているが、実際にはこれよりも多くの塗料粒子が含まれている。   The liquid 220 includes paint particles having a radius of 1 μm and a very small particle size distribution range. The liquid 220 is applied on the glass plate 222 so as to have a film thickness of 50 μm. In FIG. 8, only one paint particle 216 is shown for convenience of explanation, but actually, more paint particles are included.

レーザ照射装置204は、レーザ光源202と集光レンズ208が架台に固定された構成とされている。レーザ光源202は、波長が1064nmのYAGレーザである。レーザ照射装置204は、レーザ光源202からレーザを液体220の斜め上方から照射するように、テーブル224に設置したスタンド(図示しない)によって所定の高さで支持されている。レーザ照射装置204は、集光レンズ208によって液体220に含まれる粒子にレーザを斜め上方から集光して、レーザの光圧によって粒子を移動させる。   The laser irradiation device 204 is configured such that a laser light source 202 and a condenser lens 208 are fixed to a gantry. The laser light source 202 is a YAG laser having a wavelength of 1064 nm. The laser irradiation device 204 is supported at a predetermined height by a stand (not shown) installed on the table 224 so as to irradiate the laser from the laser light source 202 obliquely from above the liquid 220. The laser irradiation device 204 condenses the laser on the particles contained in the liquid 220 from the upper side by the condensing lens 208, and moves the particles by the light pressure of the laser.

顕微鏡230の映像はビデオカメラ228で撮影記録され、コンピュータ234で画像解析される。ビデオカメラ228に撮影された粒子216の像をコンピュータ234によって画像解析することによって、粒子216の移動速度と移動方向を計測することができる。   The video of the microscope 230 is captured and recorded by the video camera 228 and image analysis is performed by the computer 234. By analyzing the image of the particle 216 taken by the video camera 228 with the computer 234, the moving speed and moving direction of the particle 216 can be measured.

次に、第4実施例による粘度の測定方法について説明をする。測定に先立って、図11に例示する検量線を得ておく。
検量線を得るためには、レーザを用いない既存の方法によって粘度が既知の液体に対して、半径が既知の粒子を浮遊させ、レーザによってその粒子を光圧で移動させる。粒子が移動したときのテーブル24に対する移動速度と、粒子を移動させたレーザの出力を検出する。レーザの出力を変化させ、移動速度を変化させ、粘度を異にする各種の液体に対して粒子を移動させたときの「粘度と、速度と、レーザ出力」の関係を整理することによって、図11の検量線を得ることができる。図11の検量線は、流動が終了した液体を用いたときの「粘度と、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度と、レーザ出力」の関係を図示している。
Next, the viscosity measuring method according to the fourth embodiment will be described. Prior to the measurement, a calibration curve illustrated in FIG. 11 is obtained.
In order to obtain a calibration curve, particles having a known radius are suspended in a liquid having a known viscosity by an existing method that does not use a laser, and the particles are moved by light pressure using a laser. The moving speed with respect to the table 24 when the particles move and the output of the laser that moved the particles are detected. By organizing the relationship between “viscosity, speed, and laser output” when changing the output of the laser, changing the moving speed, and moving the particles to various liquids with different viscosities, Eleven calibration curves can be obtained. The calibration curve in FIG. 11 illustrates the relationship between “viscosity, the relative velocity of the liquid at the particle and particle location, and the laser output” when the liquid that has finished flowing is used.

続いて、顕微鏡230で液体220を観測し、任意の粒子216に着目した。この粒子216の半径は1μmであった。粒子216の位置を画像解析すると、図9の矢印240の方向に1μm/sで移動するのが観測された。すかさず、レーザ照射装置204を動かして、図9の左側斜め上方からレーザを照射すると、レーザの光圧によって粒子216が矢印242の方向に移動するのが観測された。このときの粒子216の運動は、テーブル224に対する速度が10μm/sの等速直線運動であった。   Subsequently, the liquid 220 was observed with the microscope 230 and attention was paid to arbitrary particles 216. The radius of the particle 216 was 1 μm. When the image of the position of the particle 216 was analyzed, it was observed that the particle 216 moved at 1 μm / s in the direction of the arrow 240 in FIG. When the laser irradiation device 204 was moved and the laser was irradiated from the upper left side of FIG. 9, it was observed that the particles 216 moved in the direction of the arrow 242 due to the light pressure of the laser. The motion of the particles 216 at this time was a constant velocity linear motion with a speed of 10 μm / s with respect to the table 224.

図9の矢印240の方向と、矢印242の方向は、直線上の同一方向であるため、レーザを照射した後の粒子216の速度は9μm/sの等速直線運動であると考えられる。すなわち、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度は、9μm/sであることがわかる。そこで図11に示した検量線から、粘度が未知の液体220の粘度は、1Pa・sであることが判明する。
以上により、第4実施例によって測定した粘度(1Pa・s)は、レーザを用いない既存の方法で測定した粘度(1Pa・s)と一致し、高い精度によって測定が行なわれたことがわかる。
Since the direction of the arrow 240 in FIG. 9 and the direction of the arrow 242 are the same direction on a straight line, the velocity of the particles 216 after irradiation with the laser is considered to be a uniform linear motion of 9 μm / s. That is, it can be seen that the relative velocity of the liquid between the particle and the particle existing site is 9 μm / s. Therefore, it is found from the calibration curve shown in FIG. 11 that the viscosity of the liquid 220 whose viscosity is unknown is 1 Pa · s.
From the above, it can be seen that the viscosity (1 Pa · s) measured by the fourth example coincides with the viscosity (1 Pa · s) measured by an existing method not using a laser, and the measurement was performed with high accuracy.

(第5実施例)図10は、本発明を具現化した第5実施例の粘度測定方法によって観察された粒子の動きを示す図である。第5実施例では、第4実施例と同じ粘度測定装置を利用する。
第5実施例による粘度の測定方法について説明をする。測定に先立って、図11に例示したような検量線を得ておく。
続いて、レーザ照射装置204を動かして粒子216をレーザの照射位置に移動させ、図10の左側斜め上方からレーザを照射すると、レーザの光圧によって粒子216が矢印242の方向に移動するのが観測された。このときの粒子216の運動は、テーブル224に対するが速度10μm/sの等速直線運動であった。すかさず、レーザ照射装置204を動かして、図10の右側斜め上方からレーザを照射すると、レーザの光圧によって粒子216が矢印244の方向(矢印242と逆方向)に移動するのが観測された。このときの粒子216の運動は、テーブル224に対する速度が8μm/sの等速直線運動であった。
(Fifth Embodiment) FIG. 10 is a view showing the movement of particles observed by the viscosity measuring method of the fifth embodiment embodying the present invention. In the fifth embodiment, the same viscosity measuring apparatus as in the fourth embodiment is used.
The viscosity measuring method according to the fifth embodiment will be described. Prior to the measurement, a calibration curve as illustrated in FIG. 11 is obtained.
Subsequently, when the laser irradiation device 204 is moved to move the particle 216 to the laser irradiation position and the laser is irradiated from the upper left side of FIG. 10, the particle 216 is moved in the direction of the arrow 242 by the light pressure of the laser. Observed. The movement of the particles 216 at this time was a constant-velocity linear movement at a speed of 10 μm / s with respect to the table 224. Slightly, when the laser irradiation device 204 was moved and the laser was irradiated from the upper right side of FIG. 10, it was observed that the particles 216 moved in the direction of the arrow 244 (opposite to the arrow 242) by the optical pressure of the laser. The movement of the particles 216 at this time was a constant-velocity linear movement at a speed of 8 μm / s with respect to the table 224.

図10の矢印242の方向と、矢印244の方向は、直線上の反対方向となった。したがって、液体の流動方向は、矢印240に示すように粒子216の移動方向と平行であることがわかる。このことから、矢印242の方向の速度と、矢印244の方向の速度の平均速度9μm/sが、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度であると計算できる。このプロセスでは、液体の流動速度を計測する必要がなく、粒子と液体の相対速度を直接的に計算することができる。
そして、図11に示した検量線から、粘度が未知の液体220の粘度は、1Pa・sであることが判明する。
以上により、第5実施例によって測定した粘度(1Pa・s)は、レーザを用いない既存の方法で測定した粘度(1Pa・s)と一致し、高い精度によって測定が行なわれたことがわかる。
The direction of the arrow 242 in FIG. 10 and the direction of the arrow 244 are opposite to each other on a straight line. Therefore, it can be seen that the flowing direction of the liquid is parallel to the moving direction of the particles 216 as indicated by an arrow 240. From this, it can be calculated that the velocity in the direction of the arrow 242 and the average velocity of the velocity in the direction of the arrow 244 are 9 μm / s, which is the relative velocity of the liquid in the particle and the particle existence site. In this process, it is not necessary to measure the flow velocity of the liquid, and the relative velocity between the particles and the liquid can be calculated directly.
From the calibration curve shown in FIG. 11, it is found that the viscosity of the liquid 220 whose viscosity is unknown is 1 Pa · s.
From the above, it can be seen that the viscosity (1 Pa · s) measured by the fifth example coincides with the viscosity (1 Pa · s) measured by an existing method not using a laser, and the measurement was performed with high accuracy.

(第6実施例)図12は、本発明を具現化した第6実施例の粘度測定方法によって観察された粒子の動きを示す図である。第6実施例では、第4実施例と同じ粘度測定装置を利用する。
図12に示すように、テーブルに対する速度v1,v2の光圧を粒子に加える。これらの光圧によって粒子が移動した各方向の移動速度u1,u2を計測する。
粒子に与えられた光圧の速度v1,v2には、x方向成分のみが含まれており、y方向成分が含まれていない。したがって、計測された移動速度u1,u2のy方向成分は、全て流動速度Fのy方向成分に起因する。また、粒子の移動速度u1のx方向成分は、流動速度Fのx方向成分と光圧の速度v1のx方向成分を足し合わせたものであり、粒子の移動速度u2のx方向成分は、流動速度Fのx方向成分を光圧の速度v2から差し引いたものである。したがって、図12の下部に示す式のように速度u1,u2の平均を求めることによって、粒子と液体の相対速度であるv1,v2の大きさを計算することができる。
このプロセスでは、液体の流動速度を計測する必要がなく、粒子と液体の相対速度を直接的に計算することができる。
(Sixth Embodiment) FIG. 12 is a diagram showing the movement of particles observed by the viscosity measurement method of the sixth embodiment embodying the present invention. In the sixth embodiment, the same viscosity measuring apparatus as in the fourth embodiment is used.
As shown in FIG. 12, the light pressures at the speeds v1 and v2 with respect to the table are applied to the particles. The moving speeds u1 and u2 in each direction in which the particles have moved by these light pressures are measured.
The light pressure velocities v1 and v2 applied to the particles include only the x-direction component and do not include the y-direction component. Therefore, the measured y-direction components of the moving velocities u1 and u2 all originate from the y-direction component of the flow velocity F. The x-direction component of the particle moving velocity u1 is the sum of the x-direction component of the flow velocity F and the x-direction component of the light pressure velocity v1, and the x-direction component of the particle moving velocity u2 The x direction component of the velocity F is subtracted from the velocity v2 of the light pressure. Accordingly, by obtaining the average of the velocities u1 and u2 as in the equation shown in the lower part of FIG. 12, the magnitudes of v1 and v2 that are the relative velocities of the particles and the liquid can be calculated.
In this process, it is not necessary to measure the flow velocity of the liquid, and the relative velocity between the particles and the liquid can be calculated directly.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

第1実施例の粘度測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the viscosity measuring apparatus of 1st Example. 第1実施例の粘度測定方法によって観察された粒子の動きを示す図である。It is a figure which shows the motion of the particle | grains observed by the viscosity measuring method of 1st Example. 検量線の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a calibration curve. 第2実施例の粘度測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the viscosity measuring apparatus of 2nd Example. 第2実施例の粘度測定方法によって観察された粒子の動きを示す図である。It is a figure which shows the motion of the particle | grains observed by the viscosity measuring method of 2nd Example. 第3実施例の粘度測定方法を説明する図である。It is a figure explaining the viscosity measuring method of 3rd Example. 第3実施例の他の粘度測定方法を説明する図である。It is a figure explaining the other viscosity measuring method of 3rd Example. 第4実施例の粘度測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the viscosity measuring apparatus of 4th Example. 第4実施例の粘度測定方法によって観察された粒子の動きを示す図である。It is a figure which shows the motion of the particle | grains observed by the viscosity measuring method of 4th Example. 第5実施例の粘度測定方法によって観察された粒子の動きを示す図である。It is a figure which shows the motion of the particle | grains observed by the viscosity measuring method of 5th Example. 検量線の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a calibration curve. 第6実施例の粘度測定方法によって観察された粒子の動きを示す図である。It is a figure which shows the motion of the particle | grains observed by the viscosity measuring method of 6th Example.

符号の説明Explanation of symbols

2 :レーザ光源、
4 :レーザ光、
6 :ガルバノミラー、
7 :ミラー、
8 :集光レンズ、
10:集光位置、
14,18:フリー粒子、
16:トラップ粒子、
20:液体、
22:ガラス板、
24:テーブル、
26:流動計測用顕微鏡、
28:ビデオカメラ、
30:粒子計測用顕微鏡、
32:特定スイッチ、
34:コンピュータ
2: Laser light source,
4: Laser light,
6: Galvano mirror,
7: Mirror,
8: Condensing lens,
10: Condensing position,
14, 18: free particles,
16: trap particles,
20: liquid,
22: Glass plate,
24: Table
26: Flow measurement microscope,
28: Video camera,
30: Particle measurement microscope,
32: Specific switch,
34: Computer

Claims (10)

レーザを照射して液体中に浮遊している粒子を液体支持体に対して移動させる工程、
液体支持体に対して移動する粒子の液体支持体に対する相対速度を特定する工程、
特定された相対速度に、液体支持体に対して流動する液体の流動速度を補正し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算する工程、
計算された粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を用いて、液体の粘度を計算する工程、
を含む液体の粘度測定方法。
Irradiating a laser to move particles suspended in the liquid relative to the liquid support;
Identifying a relative velocity of particles moving relative to the liquid support relative to the liquid support;
Correcting the flow velocity of the liquid flowing relative to the liquid support to the specified relative velocity, and calculating the relative velocity of the liquid at the particle and the particle location site;
Calculating the viscosity of the liquid using the calculated particle and the relative velocity of the liquid at the particle location;
Method for measuring viscosity of liquid containing
レーザを照射して粒子をレーザの集光位置にトラップし、その集光位置を液体支持体に対して移動させることによって、粒子を液体支持体に対して移動させることを特徴とする請求項1の粘度測定方法。   The particle is moved with respect to the liquid support by irradiating a laser to trap the particle at a laser condensing position and moving the condensing position with respect to the liquid support. Viscosity measurement method. レーザを照射して粒子に光圧を作用させることによって、粒子を液体支持体に対して移動させることを特徴とする請求項1の粘度測定方法。   The viscosity measuring method according to claim 1, wherein the particles are moved relative to the liquid support by irradiating a laser to apply light pressure to the particles. 粒子存在部位における液体の流動速度を直接的に計測することを特徴とする請求項1から3のいずれかの粘度測定方法。   4. The viscosity measuring method according to claim 1, wherein the flow rate of the liquid at the particle existing site is directly measured. 液体支持体に対して複数方向に粒子を移動させ、方向別の粒子の移動速度から液体支持体に対して流動する液体の流動速度を潜在的に特定し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算することを特徴とする請求項1から3のいずれかの粘度測定方法。   By moving particles in multiple directions with respect to the liquid support, the flow rate of the liquid flowing with respect to the liquid support is potentially identified from the movement speed of the particles in each direction, and the relative liquids at the site where the particles are present 4. The method for measuring viscosity according to claim 1, wherein a speed is calculated. レーザを照射して液体中に浮遊している粒子をレーザの集光位置にトラップする工程、
液体支持体に対する集光位置の移動速度を増大させながら、及び/又は、粒子をトラップしているレーザ出力を低下させながら、液体支持体に対して集光位置を移動させている間に、集光位置にトラップされていた粒子が集光位置から離脱した時の液体支持体と集光位置の相対速度とレーザ出力を特定する工程、
集光位置から離脱した時の液体支持体と集光位置の相対速度に、集光位置に対する液体の流動速度を補正し、「集光位置から離脱した時の粒子と粒子存在部位における液体の相対速度」を計算する工程、
計算された「集光位置から離脱した時の粒子と粒子存在部位における液体の相対速度」と特定されたレーザ出力から液体の粘度を計算する工程、
を含む液体の粘度測定方法。
A step of trapping particles floating in the liquid by irradiating a laser at the condensing position of the laser;
While moving the collection position relative to the liquid support while increasing the moving speed of the collection position relative to the liquid support and / or decreasing the laser power trapping particles, Identifying the relative velocity and laser power of the liquid support and the collection position when the particles trapped at the light position are detached from the collection position;
The relative velocity between the liquid support and the condensing position at the time of separation from the condensing position is corrected for the flow velocity of the liquid relative to the condensing position. Calculating the "speed",
Calculating the viscosity of the liquid from the calculated laser output relative to the calculated “relative velocity of the particle and the liquid at the site where the particle exists”
Method for measuring viscosity of liquid containing
レーザを照射して液体中に浮遊している粒子に光圧を作用させて移動させる工程、
光圧によって移動する粒子の速度を特定する工程、
特定された粒子速度に、粒子存在部位における液体の流動速度を補正し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算する工程、
計算された粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を用いて、液体の粘度を計算する工程、
を含む液体の粘度測定方法。
A process of irradiating a laser and moving the particles suspended in the liquid by applying light pressure;
Identifying the speed of particles moving by light pressure,
Correcting the flow rate of the liquid at the particle location to the specified particle velocity and calculating the relative velocity of the liquid at the particle location;
Calculating the viscosity of the liquid using the calculated particle and the relative velocity of the liquid at the particle location;
Method for measuring viscosity of liquid containing
液体を支持する液体支持体、
レーザを照射して液体中に浮遊している粒子を液体支持体に対して移動させるレーザ照射装置、
液体支持体に対する粒子の移動速度を特定する手段、
前記移動速度に、液体支持体に対する粒子存在部位における液体の流動速度を補正し、粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を計算する手段、
を備える液体の粘度を示す指標の測定装置。
A liquid support for supporting the liquid,
A laser irradiation apparatus for moving particles suspended in a liquid by irradiating a laser with respect to a liquid support;
Means for determining the moving speed of the particles relative to the liquid support;
Means for correcting the flow velocity of the liquid at the particle existence site relative to the liquid support to the moving speed, and calculating the relative velocity of the liquid at the particle and the particle existence site;
An apparatus for measuring an index indicating the viscosity of a liquid.
液体を支持する液体支持体、
液体中に浮遊している粒子を集光位置にトラップするレーザ照射装置、
液体支持体と集光位置を相対移動させる手段、
液体支持体に対する粒子の移動速度を特定する手段、
液体支持体に対して流動する液体の流動速度を少なくとも潜在的に特定する手段、
集光位置から離脱した時の粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を特定する手段、
を備えている液体の粘度を示す指標の測定装置。
A liquid support for supporting the liquid,
A laser irradiation device that traps particles floating in the liquid at the focusing position;
Means for relatively moving the liquid support and the light collecting position;
Means for determining the moving speed of the particles relative to the liquid support;
Means for at least potentially identifying the flow rate of the liquid flowing relative to the liquid support;
Means for identifying the relative velocity of the liquid at the particle-existing site when the particle leaves the condensing position;
An apparatus for measuring an index indicating the viscosity of a liquid.
液体を支持する液体支持体、
液体中に浮遊している粒子に光圧を加えて粒子を移動させるレーザ照射装置、
液体支持体に対する粒子の移動速度を特定する手段、
液体支持体に対して流動する液体の流動速度を少なくとも潜在的に特定する手段、
粒子と粒子存在部位における液体の相対速度を特定する手段、
を備えている液体の粘度を示す指標の測定装置。
A liquid support for supporting the liquid,
A laser irradiation device that moves the particles by applying light pressure to the particles floating in the liquid;
Means for determining the moving speed of the particles relative to the liquid support;
Means for at least potentially identifying the flow rate of the liquid flowing relative to the liquid support;
Means for identifying the relative velocity of the liquid at the particle and the particle location,
An apparatus for measuring an index indicating the viscosity of a liquid.
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