JP2006322791A - System for measuring degree of swelling, and its method - Google Patents

System for measuring degree of swelling, and its method Download PDF

Info

Publication number
JP2006322791A
JP2006322791A JP2005145725A JP2005145725A JP2006322791A JP 2006322791 A JP2006322791 A JP 2006322791A JP 2005145725 A JP2005145725 A JP 2005145725A JP 2005145725 A JP2005145725 A JP 2005145725A JP 2006322791 A JP2006322791 A JP 2006322791A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer gel
swelling
admittance
piezoelectric element
swelling degree
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005145725A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4370405B2 (en
Inventor
Shiyoui Ko
鐘偉 江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaguchi University NUC
Original Assignee
Yamaguchi University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaguchi University NUC filed Critical Yamaguchi University NUC
Priority to JP2005145725A priority Critical patent/JP4370405B2/en
Publication of JP2006322791A publication Critical patent/JP2006322791A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4370405B2 publication Critical patent/JP4370405B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a swelling degree measuring system capable of accurately measuring the degree of swelling of polymer gels in solutions. <P>SOLUTION: The swelling degree measuring system comprises a piezoelectric transducer 4, provided with both a beam part 2 having a fixed end part and capable of fixing a polymer gel 6 to be measured, and a piezoelectric element 3 provided for part of the beam part 2; an immersion tank 7, in which a solution 8 for immersing the polymer gel 6 is stored; a power supply part 11 for oscillating the piezoelectric element 3; an admittance-measuring part 14 for measuring the admittance of the piezoelectric element 3; a swelling degree analysis part 16 for analyzing the degree of swelling of the polymer gel 6, on the basis of admittance measurement data 23 measured by the admittance measuring part 14; and an output part 17 for outputting swelling degree analysis data 25 of the polymer gel 6, acquired by the swelling degree analysis part 16. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電素子を備えた圧電トランスデューサに高分子ゲルを固定して溶液に浸漬し、圧電素子のアドミタンスを測定することで、高分子ゲルの膨潤度を高精度でリアルタイムに測定する膨潤度測定システムとその方法に関する。   In the present invention, a polymer gel is fixed to a piezoelectric transducer equipped with a piezoelectric element, immersed in a solution, and the admittance of the piezoelectric element is measured to measure the degree of swelling of the polymer gel with high accuracy in real time. The present invention relates to a measurement system and method.

高分子ゲルの中でも外部刺激応答性高分子ゲルは、外部刺激によりその特性が大きく変化することから次世代デバイスの材料として非常に期待されている。特に、温度応答性高分子ゲルは膨潤度が温度により変化するという興味深い特性を有する。この特性を利用してゲル中の物質透過性の温度制御を行なうことでドラッグデリバリーシステムやマイクロ化学チップ用ケミカルバルブ、ゲルの親水性を温度制御することで細胞培養シートや水処理用分離膜への応用などが考えられている。
このような温度応答性ゲルを種々の応用分野に最適化した材料設計を行なう上で、ゲルの温度変化に対する膨潤度を正確かつリアルタイムに測定することが強く求められている。
ところが、温度応答性高分子ゲルの膨潤度測定においては、調製した高分子膜の親水性を計測・評価するために電子天秤を用いることが多い。具体的な測定方法としては調整した高分子膜を一定の大きさに切り、温度を一定にした溶液に所定時間浸漬させた後、取り出して天秤でその重さを量る。その重さと膜並びに水の密度から膜の膨潤度を算出する。
一方、圧電素子はライターなどの点火装置からスピーカ、マイク、発振回路、駆動装置などに広く用いられる素子である。例えば、特許文献1には、振動特性の変化を用いて、その圧電素子を装着した屋外構造物の表面の付着汚損物量を測定する汚損物の測定装置が開示されている。
Among the polymer gels, the external stimulus-responsive polymer gel is highly expected as a material for the next-generation device because its characteristics are greatly changed by the external stimulus. In particular, the temperature-responsive polymer gel has an interesting property that the degree of swelling varies with temperature. Using this property, temperature control of the substance permeability in the gel can be used for drug delivery systems, chemical valves for micro chemical chips, and the hydrophilicity of the gel can be controlled for cell culture sheets and separation membranes for water treatment. The application of is considered.
In designing a material in which such a temperature-responsive gel is optimized for various application fields, it is strongly required to measure the degree of swelling with respect to a temperature change of the gel accurately and in real time.
However, in measuring the degree of swelling of a temperature-responsive polymer gel, an electronic balance is often used to measure and evaluate the hydrophilicity of the prepared polymer film. As a specific measuring method, the adjusted polymer film is cut into a certain size, immersed in a solution having a constant temperature for a predetermined time, taken out, and weighed with a balance. The degree of swelling of the membrane is calculated from its weight, membrane and water density.
On the other hand, a piezoelectric element is an element widely used from an ignition device such as a lighter to a speaker, a microphone, an oscillation circuit, a driving device, and the like. For example, Patent Document 1 discloses a pollutant measuring apparatus that measures the amount of fouling adhered to the surface of an outdoor structure equipped with the piezoelectric element using a change in vibration characteristics.

この特許文献1に開示された発明は、屋外構造物の表面に圧電素子を装着し、その圧電素子に複数の振動用の電極を設け、それらの電極間に電圧を印加して圧電素子を振動させ、圧電素子の振動特性を検出し、その振動特性の変化に基づいて屋外構造物の表面の付着汚損物量を求め、さらに電極のうち少なくとも1つに加熱用の電流を通電して水分を蒸発させるものである。
このように構成された汚損物の測定装置においては、屋外構造物の表面に付着した汚損物量を経時変化として直接求めることができる。
また、圧電素子を用いた装置としては、特許文献2には、音波により被攪拌物を攪拌する手段を有する自動分析装置において、音波発生源として圧電素子が加振されて発生する振動を用いている。
さらに、特許文献3では音圧測定装置が開示されており、その中で圧電素子はセンサユニットに組み込まれており、超音波振動子から発信された超音波を純水を介して受信する受信棒において、受信された超音波振動を圧電変換するために用いられている。
In the invention disclosed in Patent Document 1, a piezoelectric element is mounted on the surface of an outdoor structure, a plurality of vibration electrodes are provided on the piezoelectric element, and a voltage is applied between the electrodes to vibrate the piezoelectric element. The vibration characteristic of the piezoelectric element is detected, the amount of adhered fouling on the surface of the outdoor structure is obtained based on the change of the vibration characteristic, and the heating current is supplied to at least one of the electrodes to evaporate the moisture. It is something to be made.
In the pollutant measuring apparatus configured as described above, the amount of the pollutant attached to the surface of the outdoor structure can be directly obtained as a change with time.
In addition, as an apparatus using a piezoelectric element, Patent Document 2 uses vibration generated when a piezoelectric element is vibrated as a sound wave generation source in an automatic analyzer having means for stirring an object to be stirred with sound waves. Yes.
Furthermore, Patent Document 3 discloses a sound pressure measuring device, in which a piezoelectric element is incorporated in a sensor unit, and a receiving rod that receives ultrasonic waves transmitted from an ultrasonic transducer via pure water. 1 is used to piezoelectrically convert the received ultrasonic vibration.

しかしながら、前述の高分子ゲルの膨潤度の測定方法においては、(1)リアルタイム測定が不可能、(2)計測精度は天秤の精度に依存、(3)ゲルを溶液から一旦取り出す必要があり、測定誤差が大きい、(4)薄膜と小さいサイズのゲルの測定に不向きなどという課題があった。この他、溶液に膜を浸漬させた状態で、ゲルサイズの変化から膨潤度を算出する方法や浮力を利用した計測方法もあるが、前者はゲルサイズの測定の精度が低いため正確な測定が困難であり、後者はリアルタイムでの測定が困難であるという課題があった。
また、特許文献1に開示された発明においては、屋外構造物の表面に付着した汚損物量をリアルタイムで求めることはできるが、高分子ゲルを溶液に浸漬させて、その溶液に対する膨潤度を測定することができないという課題があった。
特許文献2に開示される発明においては、音波の発生源として圧電素子を用いるものであって、圧電素子の振動周波数の変化を用いて何らかの量を測定するというものではなく、高分子ゲルの膨潤度を測定することはできないという課題があった。
特許文献3に開示された発明においても、圧電素子は超音波振動を圧電変換するために用いられるもので、高分子ゲルの膨潤度を測定することはできないという課題があった。
特開平8−193825号公報 特開2002−71697号公報 特開2004−251845号公報
However, in the method for measuring the degree of swelling of the polymer gel described above, (1) real-time measurement is impossible, (2) the measurement accuracy depends on the accuracy of the balance, (3) the gel needs to be taken out from the solution once, There were problems such as large measurement error and (4) unsuitable for measurement of thin film and small size gel. In addition, there are a method for calculating the degree of swelling from the change in gel size and a measurement method using buoyancy while the membrane is immersed in the solution, but the former has a low accuracy in measuring the gel size, so accurate measurement is possible. There is a problem that the latter is difficult to measure in real time.
In the invention disclosed in Patent Document 1, the amount of fouling substances adhering to the surface of an outdoor structure can be obtained in real time, but the polymer gel is immersed in a solution and the degree of swelling with respect to the solution is measured. There was a problem that it was not possible.
In the invention disclosed in Patent Document 2, a piezoelectric element is used as a sound wave generation source, and some amount is not measured using a change in the vibration frequency of the piezoelectric element. There was a problem that the degree could not be measured.
Also in the invention disclosed in Patent Document 3, the piezoelectric element is used for piezoelectric conversion of ultrasonic vibration, and there is a problem that the degree of swelling of the polymer gel cannot be measured.
JP-A-8-193825 JP 2002-71697 A JP 2004-251845 A

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、高分子ゲルの膨潤度を溶液中で正確かつリアルタイムで測定可能な膨潤度測定システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a conventional situation, and an object of the present invention is to provide a swelling degree measuring system capable of measuring the swelling degree of a polymer gel accurately and in real time in a solution.

上記目的を達成するため、請求項1記載の発明である膨潤度測定システムは、端部を固定され測定対象の高分子ゲルを固定可能なビーム部とこのビーム部の一部に設けられる圧電素子を備える圧電トランスデューサと、高分子ゲルを浸漬する溶液を貯留した浸漬槽と、圧電素子を振動させる電源部と、圧電素子のアドミタンスを測定するアドミタンス測定部と、このアドミタンス測定部によって測定されたアドミタンス測定データに基づいて高分子ゲルの膨潤度を解析する膨潤度解析部と、この膨潤度解析部によって得られた高分子ゲルの膨潤度解析データを出力する出力部を備えるものである。
上記構成の膨潤度測定システムでは、高分子ゲルを固定可能なビーム部を浸漬槽へ浸しながら、圧電素子を振動させながらそのアドミタンスをアドミタンス測定部で測定し、アドミタンスの変化量に基づいて膨潤度解析部が高分子ゲルの膨潤度を解析するという作用を有する。
なお、特許文献1に開示された発明においても圧電素子としての水晶振動板を振動させてその検知面に付着した汚損物の量を検出するが、高分子ゲルの膨潤度を測定するためには溶液に浸漬する必要があり、特許文献1に開示されるような構成は膨潤に係る作用を発揮し得ないものである。
また、ビーム部に圧電素子を設ける構成として、圧電素子の振動をビーム部を介して高分子ゲルに伝達させて、機械的なインピーダンスの変化を発生させ、その変化を再度ビーム部を介して圧電素子のアドミタンスとして測定して、そのアドミタンスの変化に基づいて高分子ゲルの膨潤度を解析するという作用は、特許文献1に開示された発明の作用とは異なるものである。
In order to achieve the above object, a swelling degree measuring system according to the first aspect of the present invention includes a beam portion capable of fixing a polymer gel to be measured by fixing an end portion thereof, and a piezoelectric element provided in a part of the beam portion. A piezoelectric transducer comprising: a dipping tank storing a solution in which the polymer gel is immersed; a power supply unit that vibrates the piezoelectric element; an admittance measuring unit that measures admittance of the piezoelectric element; and an admittance measured by the admittance measuring unit A swelling degree analysis unit that analyzes the swelling degree of the polymer gel based on the measurement data and an output unit that outputs the swelling degree analysis data of the polymer gel obtained by the swelling degree analysis unit are provided.
In the swelling degree measuring system having the above configuration, the admittance measuring unit measures the admittance while vibrating the piezoelectric element while immersing the beam part capable of fixing the polymer gel in the immersion tank, and the degree of swelling is determined based on the amount of change in admittance. The analysis unit has an effect of analyzing the degree of swelling of the polymer gel.
In the invention disclosed in Patent Document 1 as well, the quartz diaphragm as a piezoelectric element is vibrated to detect the amount of fouling substances adhering to the detection surface, but in order to measure the swelling degree of the polymer gel It is necessary to immerse in a solution, and the configuration as disclosed in Patent Document 1 cannot exhibit an action related to swelling.
In addition, in the configuration in which the piezoelectric element is provided in the beam part, the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the polymer gel through the beam part to generate a mechanical impedance change, and the change is again transmitted through the beam part through the piezoelectric part. The action of measuring the admittance of the element and analyzing the swelling degree of the polymer gel based on the change of the admittance is different from the action of the invention disclosed in Patent Document 1.

また、請求項2に記載の発明である膨潤度測定システムは、請求項1に記載の膨潤度測定システムにおいて、高分子ゲルがビーム部に代えてビーム部に着脱可能に設けられたプローブに固定されるものである。
このような構成に係る膨潤度測定システムの作用は請求項1に記載の発明の作用とほぼ同様であるが、高分子ゲルは、ビーム部とは別個のプローブに取り付けられて個別に管理されるという作用を有する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the swelling degree measuring system according to the first aspect, wherein the polymer gel is fixed to a probe that is detachably attached to the beam section instead of the beam section. It is what is done.
The operation of the swelling degree measuring system according to such a configuration is substantially the same as the operation of the invention described in claim 1, but the polymer gel is attached to a probe separate from the beam portion and managed individually. It has the action.

請求項3に記載の発明である膨潤度測定システムは、請求項1に記載の膨潤度測定システムにおいて、ビーム部は並列に少なくとも2つ設けられ、そのうち1つのビーム部にはその特性が既知である高分子ゲルを固定可能であるものである。
このような構成に係る膨潤度測定システムでは、並列に少なくとも2つのビーム部が設けられ、そのうち1つのビーム部に特性既知の高分子ゲルが固定され、また別のビーム部に測定対象の高分子ゲルを固定して、同時に圧電素子によって振動させることが可能でありリアルタイムな測定対照区を設けることが可能となる作用を有する。
A swelling degree measuring system according to a third aspect of the invention is the swelling degree measuring system according to the first aspect, wherein at least two beam portions are provided in parallel, and one of the beam portions has a known characteristic. A certain polymer gel can be fixed.
In the swelling degree measuring system according to such a configuration, at least two beam portions are provided in parallel, a polymer gel having a known characteristic is fixed to one of the beam portions, and a polymer to be measured is attached to another beam portion. The gel can be fixed and simultaneously vibrated by the piezoelectric element, and it has an effect of providing a real-time measurement control section.

さらに、請求項4の発明である膨潤度測定システムは、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の膨潤度測定システムにおいて、浸漬槽の溶液温度を測定可能な温度測定部と、その溶液温度を調整可能な温度調整部とを備えるものである。
このような膨潤度測定システムでは、浸漬槽の溶液温度を測定・調整しながら膨潤度を測定するという作用を有する。
Furthermore, the swelling degree measuring system according to the invention of claim 4 is the swelling degree measuring system according to any one of claims 1 to 3, wherein a temperature measuring unit capable of measuring the solution temperature of the immersion bath; A temperature adjusting unit capable of adjusting the solution temperature.
Such a swelling degree measuring system has an effect of measuring the swelling degree while measuring and adjusting the solution temperature of the immersion bath.

さらに、請求項5の発明である膨潤度測定システムは、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の膨潤度測定システムにおいて、高分子ゲルを膨潤させるために浸漬する溶液の特性に関する溶液データ,高分子ゲルの特性に関する高分子ゲルデータ,ビーム部及び/又は圧電素子の特性に関する測定系データを読み出し可能に格納する入力用データベースと、この入力用データベースに予め溶液データ、高分子ゲルデータ及び測定系データを入力する入力部と、アドミタンス測定データ及び/又は膨潤度解析データを読み出し可能に格納する出力用データベースを備えるものである。
このような膨潤度測定システムでは、予め入力部を介して入力用データベースにそれぞれのデータを格納しておくことで、膨潤度解析部は入力用データベースからこれらのデータを読み出して膨潤度を解析し、また、測定結果や解析結果は出力用データベースに格納されて、出力部で読み出されるという作用を有する。
Furthermore, the swelling degree measuring system according to the invention of claim 5 relates to the characteristics of the solution immersed in order to swell the polymer gel in the swelling degree measuring system according to any one of claims 1 to 4. An input database for readable storage of solution data, polymer gel data relating to polymer gel characteristics, beam section and / or piezoelectric element characteristics, and solution data and polymer gel in advance in the input database An input unit for inputting data and measurement system data, and an output database for readable storage of admittance measurement data and / or swelling degree analysis data are provided.
In such a swelling degree measurement system, each data is stored in the input database via the input unit in advance, so that the swelling degree analysis unit reads these data from the input database and analyzes the swelling degree. In addition, the measurement result and the analysis result are stored in the output database and read out by the output unit.

さらに、請求項6に記載された発明である膨潤度測定方法は、請求項1に記載された発明を方法発明として捉えたものであり、交流電源によって振動する圧電素子を備えた圧電トランスデューサに高分子ゲルを固定して溶液に浸漬させ、圧電素子のアドミタンスを高分子ゲルの膨潤前後で測定してアドミタンス変化量を演算し、予め測定された膨潤前後における圧電素子のアドミタンス変化量と高分子ゲルの質量変化量の関係に基づいて高分子ゲルの質量変化量を演算して高分子ゲルの膨潤度を演算するものである。
このような膨潤度測定方法では、請求項1に記載された発明と同様の作用を有する。
Further, the swelling degree measuring method according to the invention described in claim 6 is based on the invention described in claim 1 as a method invention, and is highly applicable to a piezoelectric transducer including a piezoelectric element that vibrates by an AC power source. The molecular gel is fixed and immersed in a solution, the admittance of the piezoelectric element is measured before and after the swelling of the polymer gel to calculate the admittance change, and the admittance change of the piezoelectric element before and after the swelling and the polymer gel are measured. The mass change amount of the polymer gel is calculated based on the relationship of the mass change amount of the polymer gel to calculate the degree of swelling of the polymer gel.
Such a method for measuring the degree of swelling has the same action as the invention described in claim 1.

本発明の請求項1乃至請求項5に記載の膨潤度測定システム及び請求項6に記載の膨潤度測定方法においては、浸漬槽に溶液を貯留してその溶液中に高分子ゲルを浸漬させ、圧電素子でビーム部を介して振動させるため、常に一定の振動条件の下、膨潤状態にある高分子ゲルを正確にリアルタイムで測定することが可能である。   In the swelling degree measuring system according to claims 1 to 5 of the present invention and the swelling degree measuring method according to claim 6, the solution is stored in a dipping bath and the polymer gel is immersed in the solution, Since the piezoelectric element is vibrated through the beam portion, it is possible to accurately measure the polymer gel in a swollen state under a constant vibration condition in real time.

また、特に請求項2に記載された膨潤度測定システムにおいては、高分子ゲルを固定するプローブを備えているため、膨潤度の被測定対象である高分子ゲルを複数のプローブに取り付けて管理することが可能である。また、高分子ゲルは乾燥させてしまうと温度特性が変化する場合があるため、水中で保管することが望ましいが、その場合においてもプローブに固定して、圧電トランスデューサと分離させて管理することができる。   Moreover, in particular, in the swelling degree measuring system according to claim 2, since the probe for fixing the polymer gel is provided, the polymer gel which is the measurement target of the swelling degree is attached to a plurality of probes for management. It is possible. Moreover, since the temperature characteristics may change when the polymer gel is dried, it is desirable to store it in water. However, in this case as well, the polymer gel may be fixed to the probe and separated from the piezoelectric transducer for management. it can.

さらに、特に請求項3に記載の膨潤度測定システムでは、特性が既知の高分子ゲルが少なくとも1本のビーム部に固定されるため、リアルタイムで測定対象となる高分子ゲルに対する圧電素子のアドミタンス変化量や膨潤度の測定結果について比較したり、較正したりすることが可能であり、測定精度を向上させることができる。   Further, particularly in the swelling degree measuring system according to claim 3, since the polymer gel having a known characteristic is fixed to at least one beam portion, the change in the admittance of the piezoelectric element with respect to the polymer gel to be measured in real time. It is possible to compare or calibrate the measurement results of the amount and the degree of swelling, and to improve the measurement accuracy.

特に、請求項4に記載された膨潤度測定システムにおいては、浸漬槽の溶液温度を測定・調整しながら膨潤度を測定することができるので、温度依存性がある高分子ゲルの膨潤度の測定をより高精度で実施することができる。   In particular, in the swelling degree measuring system according to claim 4, since the swelling degree can be measured while measuring and adjusting the solution temperature of the immersion bath, the swelling degree of the polymer gel having temperature dependency is measured. Can be carried out with higher accuracy.

請求項5に記載の膨潤度測定システムにおいては、入力用データベースにそれぞれのデータを格納しておくことで、逐次膨潤度の解析用データを入力する必要がなく、膨潤度解析部はこれらのデータを読み出して膨潤度を容易に解析することができる。また、測定結果や解析結果は出力用データベースに格納されて管理も容易である。さらに、データを出力用データベースに蓄積させてから出力部を介して読み出し出力させることが可能である。   In the swelling degree measuring system according to claim 5, by storing each data in the input database, it is not necessary to sequentially input the data for analyzing the swelling degree, and the swelling degree analyzing unit stores these data. And the degree of swelling can be easily analyzed. In addition, the measurement results and analysis results are stored in an output database and can be easily managed. Furthermore, the data can be stored in the output database and read out via the output unit.

以下に、本発明に係る膨潤度測定システムの実施の形態を図1を参照しながら説明する。(特に、請求項1,2,4,5に対応)
図1は、本実施の形態に係る膨潤度測定システムの構成図である。膨潤度測定システム1は、トラスデューサ支持部12から垂設されたビーム部2とこのビーム部2に装着された圧電素子3から成る圧電トランスデューサ4と、ビーム部2の端部に貼設された高分子ゲル膜プローブ5を備えている。
高分子ゲル膜プローブ5は、板状でその両面に高分子ゲル膜6が固定されており、浸漬槽7に貯留される溶液8に浸漬されている。図中Aで示される点線内の部分は図中矢印Bの方向からビーム部2に貼設された高分子ゲル膜プローブ5と、この高分子ゲル膜プローブ5に固定される高分子ゲル膜6の関係を模式的に示すものである。
浸漬槽7には温度調整部9が設けられており、溶液8の温度を一定に維持することができる。
圧電素子3に印加される電圧を供給する交流電源11が圧電素子3に接続され、入力電圧Vinに対する出力電圧Voutがアドミタンス測定部14に入力されており、圧電素子3のアドミタンスが測定される。なお、アドミタンスとはインピーダンスの逆数である。
また、浸漬槽7内の溶液8の温度は検温部10を介して温度測定部15によって測定されている。アドミタンス測定部14は測定結果をアドミタンス測定データ23として、温度測定部15は測定結果を温度測定データ24として、それぞれ出力用データベース19に読み出し可能に格納する。
Hereinafter, an embodiment of a swelling degree measuring system according to the present invention will be described with reference to FIG. (In particular, corresponding to claims 1, 2, 4 and 5)
FIG. 1 is a configuration diagram of a swelling degree measuring system according to the present embodiment. The degree-of-swelling measuring system 1 is attached to the end of the beam unit 2 and a piezoelectric transducer 4 comprising a beam unit 2 suspended from the transducer support unit 12 and a piezoelectric element 3 attached to the beam unit 2. A polymer gel membrane probe 5 is provided.
The polymer gel membrane probe 5 is plate-like and has a polymer gel membrane 6 fixed on both sides thereof, and is immersed in a solution 8 stored in an immersion tank 7. A portion within a dotted line indicated by A in the figure is a polymer gel film probe 5 attached to the beam portion 2 from the direction of arrow B in the figure, and a polymer gel film 6 fixed to the polymer gel film probe 5. This relationship is schematically shown.
The immersion tank 7 is provided with a temperature adjusting unit 9, and the temperature of the solution 8 can be kept constant.
An AC power supply 11 that supplies a voltage applied to the piezoelectric element 3 is connected to the piezoelectric element 3, and an output voltage Vout with respect to the input voltage Vin is input to the admittance measuring unit 14, and the admittance of the piezoelectric element 3 is measured. Note that admittance is the reciprocal of impedance.
Further, the temperature of the solution 8 in the immersion bath 7 is measured by the temperature measuring unit 15 through the temperature measuring unit 10. The admittance measurement unit 14 stores the measurement result as admittance measurement data 23 and the temperature measurement unit 15 stores the measurement result as temperature measurement data 24 in a readable manner in the output database 19.

膨潤度解析部16は、溶液8によって膨潤状態となった高分子ゲル膜6の膨潤度を解析し、その解析結果を出力用データベース19に膨潤度解析データ25として読み出し可能に格納する。
膨潤度解析部16における解析には、予め、膨潤させている溶液8に関する溶液データ20、膨潤状態にある高分子ゲル膜6の高分子ゲル膜データ21、さらに、圧電トランスデューサ4や交流電源11の特性に基づく測定系データ22が必要となるため、予め入力部13を介して入力用データベース18にそれぞれ読み出し可能に格納しておく。
The swelling degree analysis unit 16 analyzes the degree of swelling of the polymer gel film 6 swollen by the solution 8 and stores the analysis result in the output database 19 so as to be readable as the swelling degree analysis data 25.
For the analysis in the swelling degree analysis unit 16, the solution data 20 regarding the swollen solution 8, the polymer gel film data 21 of the polymer gel film 6 in the swollen state, and the piezoelectric transducer 4 and the AC power supply 11 are preliminarily used. Since the measurement system data 22 based on the characteristics is required, the data is stored in advance in the input database 18 via the input unit 13 in a readable manner.

溶液データ20としては、具体的には溶液の成分や種類、溶液の密度などが含まれ、高分子ゲル膜データ21としては、高分子ゲル膜の種類、乾燥時の高分子ゲル膜の質量、密度、寸法、ヤング率、ポアソン比、さらには後ほど説明する温度をパラメータとした乾燥時のアドミタンス応答ピーク周波数などが含まれる。また、測定系データ22としては、圧電トランスデューサ4のビーム部2のヤング率、ポアソン比、密度などや圧電素子3の密度、弾性係数、比誘電率、圧電定数などが含まれるが、後ほど説明するアドミタンス応答のピーク周波数のシフト量Δfと高分子ゲル膜6の質量変化Δmの関係を表す係数kも含まれる。   The solution data 20 specifically includes the component and type of the solution, the density of the solution, and the polymer gel film data 21 includes the type of polymer gel film, the mass of the polymer gel film during drying, Density, dimensions, Young's modulus, Poisson's ratio, and the admittance response peak frequency during drying with the temperature described later as parameters are included. The measurement system data 22 includes the Young's modulus, Poisson's ratio, density, etc. of the beam portion 2 of the piezoelectric transducer 4 and the density, elastic coefficient, relative dielectric constant, piezoelectric constant, etc. of the piezoelectric element 3, which will be described later. The coefficient k representing the relationship between the shift amount Δf of the peak frequency of the admittance response and the mass change Δm of the polymer gel film 6 is also included.

なお、温度調整部9は検温部10及び温度測定部15によって測定される溶液8の水温に関する信号を受信しながら、予め設定される溶液8の水温となるように温度調整部9において調整されるようにしておくとよい。また、本実施の形態においては、トラスデューサ支持部12に圧電トランスデューサ4を支持させているが、このトラスデューサ支持部12は特に設けなくとも例えば浸漬槽7の周囲を高く設け、これに圧電トランスデューサ4を固定するようにしてもよい。すなわち、トラスデューサ支持部12は特に独立した要素として設けなくともよく、圧電トランスデューサ4の支持が可能であれば何を用いてもよい。   The temperature adjustment unit 9 adjusts the temperature adjustment unit 9 so as to obtain a preset water temperature of the solution 8 while receiving a signal related to the water temperature of the solution 8 measured by the temperature detection unit 10 and the temperature measurement unit 15. It is good to do so. Further, in the present embodiment, the transducer support portion 12 supports the piezoelectric transducer 4, but the transducer support portion 12 is not particularly provided, for example, the periphery of the immersion bath 7 is provided high, and the piezoelectric transducer is provided on this. 4 may be fixed. That is, the transducer support portion 12 does not need to be provided as an independent element, and any transducer can be used as long as the piezoelectric transducer 4 can be supported.

次に、図2乃至5を参照しながら、本実施の形態に係る膨潤度測定システムの膨潤度測定の原理について説明する。
図2(a)は本実施の形態に係る膨潤度測定システムの圧電トランスデューサ4、高分子ゲル膜プローブ5及び高分子ゲル膜6を抽出してその寸法を示す側面図であり、(b)は正面図である。
圧電トランスデューサ4は、長さl=75mmのアルミニウム製の片持ちのビーム部2に大きさ10×5×0.3mmのセラミック製の圧電素子3を固定する構造となっている。また、高分子ゲル膜プローブ5は、30×5×0.5mmのアルミ板に10×5mmの高分子ゲル膜6を固定化するものである。本膨潤度測定システム1における寸法は、解析モデルとして用い、さらに実験室で試作可能なサイズとしており、特にこれらの寸法に限定するものではない。
まず、有限要素法を用いて、図2に示される圧電トランスデューサ4の数値シミュレーションを行なう。解析における物性値を表1に示す。
Next, the principle of swelling degree measurement of the swelling degree measuring system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2A is a side view showing the dimensions of the piezoelectric transducer 4, the polymer gel film probe 5, and the polymer gel film 6 extracted from the swelling degree measurement system according to the present embodiment, and FIG. It is a front view.
The piezoelectric transducer 4 has a structure in which a ceramic piezoelectric element 3 having a size of 10 × 5 × 0.3 mm is fixed to an aluminum cantilever beam portion 2 having a length l = 75 mm. The polymer gel membrane probe 5 is for immobilizing a 10 × 5 mm polymer gel membrane 6 on a 30 × 5 × 0.5 mm aluminum plate. The dimensions in the present swelling degree measuring system 1 are used as an analysis model, and are a size that can be prototyped in a laboratory, and are not particularly limited to these dimensions.
First, numerical simulation of the piezoelectric transducer 4 shown in FIG. 2 is performed using a finite element method. The physical property values in the analysis are shown in Table 1.

また、高分子ゲル膜6の質量や体積の変化を圧電素子3のインピーダンス変化で計測するため、図3に示すように抵抗を介して圧電素子3に入力電圧(vin)を印加するようにした。ここで、入力電圧を式(1)とすると、圧電素子3のアドミタンスYは、式(2)で表される。なお、本願明細書においては、入力電圧が時間の関数の場合は小文字(イタリック体を含む)、周波数の関数または常数(たとえば振幅など)の場合は大文字(イタリック体を含む)となっている。 In addition, in order to measure changes in the mass and volume of the polymer gel film 6 with changes in impedance of the piezoelectric element 3, an input voltage (v in ) is applied to the piezoelectric element 3 via a resistor as shown in FIG. did. Here, when the input voltage is represented by equation (1), the admittance Y of the piezoelectric element 3 is represented by equation (2). In the specification of the present application, when the input voltage is a function of time, it is lowercase (including italics), and when it is a function of frequency or constant (for example, amplitude), it is uppercase (including italics).

本実施の形態に係る膨潤度測定システムにおける数値シミュレーションでは、入力電圧振幅をA=1V、抵抗値をR=1000Ωとした。
また、高分子ゲル膜6は温水中に浸漬すると水分を吸収して膨潤する。その場合、高分子ゲル膜6の質量と体積が共に変化する。そこで、高分子ゲル膜6が吸収した水分の質量変化をΔm、水の密度をdw、体積変化をΔV=Δm/dwとすると、高分子ゲル膜6の厚さは式(3)で表される。
In the numerical simulation in the swelling degree measuring system according to the present embodiment, the input voltage amplitude is set to A = 1V, and the resistance value is set to R = 1000Ω.
The polymer gel film 6 swells by absorbing moisture when immersed in warm water. In that case, both the mass and volume of the polymer gel film 6 change. Therefore, when the mass change of water absorbed by the polymer gel film 6 is Δm, the density of water is d w , and the volume change is ΔV = Δm / d w , the thickness of the polymer gel film 6 is expressed by the equation (3). expressed.

式(3)において、Sは高分子ゲル膜6の面積である。一方、数値解析においては、高分子ゲル膜6の物性値を膜の厚さと密度で与えているため、水分による質量変化Δmを膜の等価密度に換算して与える方法を採用している。もし、乾燥時の高分子ゲル膜6の質量をm、密度をdmとすると、その高分子ゲル膜6の等価密度dΔmは、式(4)で与えられる。 In the formula (3), S is the area of the polymer gel film 6. On the other hand, in the numerical analysis, since the physical property value of the polymer gel film 6 is given by the thickness and density of the film, a method of giving the mass change Δm due to moisture to the equivalent density of the film is adopted. If the mass of the polymer gel film 6 at the time of drying is m and the density is dm, the equivalent density d Δm of the polymer gel film 6 is given by equation (4).

高分子ゲル膜6の質量変化Δmを0〜10mgまで変化させながら、圧電トランスデューサ4の周波数応答をシミュレーションした。得られた圧電アドミタンス応答を図4に示す。図4に示されるとおり、高分子ゲル膜6の質量変化によって、ピーク周波数が左側へシフトすると共に、振幅が低下する傾向が見られる。
さらに、図5にピーク周波数のシフト量Δfと高分子ゲル膜6の質量変化Δmの関係について示す。図6によれば、高分子ゲル膜6に浸潤した水分量が圧電トランスデューサ4のピーク周波数のシフト量と比例し、ほぼ線形関係にあることが理解される。また、線形近似によりその係数は、
The frequency response of the piezoelectric transducer 4 was simulated while changing the mass change Δm of the polymer gel film 6 from 0 to 10 mg. The obtained piezoelectric admittance response is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the peak frequency shifts to the left and the amplitude tends to decrease due to the mass change of the polymer gel film 6.
Further, FIG. 5 shows the relationship between the peak frequency shift amount Δf and the mass change Δm of the polymer gel film 6. According to FIG. 6, it is understood that the amount of water infiltrated into the polymer gel film 6 is proportional to the shift amount of the peak frequency of the piezoelectric transducer 4 and has a substantially linear relationship. Moreover, the coefficient is obtained by linear approximation.

で表現され、その結果k=45[Hz/mg]と算出された。
この係数kを用いて、アドミタンス測定部14によって測定されたアドミタンス応答(Δf)から膨潤度変化を引き起こした質量変化(Δm)を求め、最終的に膨潤度を求めるのである。
ここで、図6及び図7を参照しながら、アドミタンス測定部14によって測定される圧電素子3のアドミタンスの導出方法について説明する。
一般に正弦波電圧v(t)は振幅Va,位相θ,角周波数ω,及びオフセット電圧Voffを用いて次式で表せる。
As a result, k = 45 [Hz / mg] was calculated.
Using this coefficient k, the mass change (Δm) that caused the swelling degree change is obtained from the admittance response (Δf) measured by the admittance measuring unit 14, and finally the swelling degree is obtained.
Here, a method for deriving the admittance of the piezoelectric element 3 measured by the admittance measuring unit 14 will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
In general, the sine wave voltage v (t) can be expressed by the following equation using the amplitude V a , the phase θ, the angular frequency ω, and the offset voltage V off .

さらに、   further,

とおくと、式(6)は Then, equation (6) becomes

と線形化できる。式(8)に最小二乗法を適用することでA,B,Cの最確値A0,B0,C0が得られ、振幅VaはA0,B0を用いて次式のように表せる。 And can be linearized. The most probable values A 0 , B 0 , and C 0 of A, B, and C are obtained by applying the least square method to Equation (8), and the amplitude V a is expressed by the following equation using A 0 and B 0. I can express.

上記手法をAD変換器によって得られる離散データVF (n),VZ (n)及び、PZT(圧電素子)の両端にかかるVP (n)=VF (n)−VZ (n), n=1,2,3,…,Xに適用することで、それぞれの振幅値VFa,VZa,VPaが求められる。次に、これらの振幅値を用いてPZTのアドミタンス値の実部Re(Y)を算出する方法を考える。図7に示すように電圧信号VF,VZおよびVPをベクトルで表記し、位相角βとVPを用いてRe (VP)を求めると、 Discrete data V F (n), V Z (n) obtained by the AD converter by the above method and V P (n) = V F (n) −V Z (n) applied to both ends of PZT (piezoelectric element). , n = 1, 2, 3,..., X, the amplitude values V Fa , V Za , and V Pa are obtained. Next, a method of calculating the real part R e (Y) of the PZT admittance value using these amplitude values will be considered. As shown in FIG. 7, when the voltage signals V F , V Z and V P are expressed as vectors and the phase angle β and V P are used to determine Re (V P ),

となる.図6に示す回路の付加インピーダンスZを抵抗R[Ω]とすると、回路に流れる電流Iは、 It becomes. If the additional impedance Z of the circuit shown in FIG. 6 is a resistance R [Ω], the current I flowing through the circuit is

であり、PZTのアドミタンス実部Re(Y)は、 And the admittance real part R e (Y) of PZT is

となる。これに式(10)、式(11)を代入して It becomes. Substituting Equation (10) and Equation (11) into this

となる。さらに図7の関係から It becomes. Furthermore, from the relationship of FIG.

を、式(13)に代入すると圧電素子アドミタンス実部Re(Y)は次式のように求まる。これらの演算はアドミタンス測定部14にて実行されるものである。 Is substituted into the equation (13), the piezoelectric element admittance real part R e (Y) is obtained as follows. These calculations are executed by the admittance measurement unit 14.

次に、本実施の形態に係る膨潤度測定システムのアドミタンス測定部14、温度測定部15及び膨潤度解析部16における解析の処理方法について説明を加える。(特に、請求項6に対応)
図8は、本実施の形態に係るアドミタンス測定部、温度測定部及び膨潤度解析部の解析の手順を示すフロー図である。本図では、これら3つの測定部、解析部に絞って説明するため、それ以前のステップとして、交流電源によって振動する圧電素子3を備えた圧電トランスデューサ4に直接あるいは高分子ゲル膜プローブ5を介して高分子ゲル膜6を固定し、膨潤させる溶液に浸漬させて、温度を一定値に安定させるステップが含まれる。
図8において、アドミタンス測定部14では、ステップS1で圧電トランスデューサ4に備えられた圧電素子3のアドミタンス応答波形を測定し、そのピーク周波数を測定する。測定されたピーク周波数は、アドミタンス測定データ23として出力用データベース19に格納される。
Next, an analysis processing method in the admittance measuring unit 14, the temperature measuring unit 15, and the swelling degree analyzing unit 16 of the swelling degree measuring system according to the present embodiment will be described. (In particular, corresponding to claim 6)
FIG. 8 is a flowchart showing analysis procedures of the admittance measurement unit, temperature measurement unit, and swelling degree analysis unit according to the present embodiment. In this figure, since these three measurement units and analysis units will be described in detail, as a previous step, the piezoelectric transducer 4 having the piezoelectric element 3 that vibrates by the AC power source is directly or via the polymer gel film probe 5. The step of fixing the polymer gel film 6 and immersing it in a solution for swelling to stabilize the temperature at a constant value is included.
In FIG. 8, the admittance measurement unit 14 measures the admittance response waveform of the piezoelectric element 3 provided in the piezoelectric transducer 4 in step S1, and measures its peak frequency. The measured peak frequency is stored in the output database 19 as admittance measurement data 23.

次に、温度測定部15ではステップS3として高分子ゲル膜6が浸漬されている溶液の温度を測定し、ステップS4で測定された温度を温度測定データ24として出力用データベース19に格納する。図8では、温度測定部15におけるステップをアドミタンス測定部14の後のステップとしているが、同時でもよいし、ステップS1,2の前の工程として実施してもよい。ここまでで、膨潤度の解析のためのアドミタンス測定と温度測定が実行されたことになる。
膨潤度解析部16では、得られたアドミタンス測定データ23を出力用データベース19から読み出して(ステップS5)、乾燥した高分子ゲル膜6の応答ピーク周波数からの変化量を演算する(ステップS6)。乾燥した高分子ゲル膜6の応答ピーク周波数は、予め高分子ゲル膜データ21として入力用データベース18に格納しておき、アドミタンス測定データ23と同時に入力用データベース18から読み出すとよい。
Next, the temperature measurement unit 15 measures the temperature of the solution in which the polymer gel film 6 is immersed in step S3, and stores the temperature measured in step S4 in the output database 19 as temperature measurement data 24. In FIG. 8, the step in the temperature measurement unit 15 is a step after the admittance measurement unit 14, but may be performed simultaneously or as a step before steps S <b> 1 and S <b> 2. Thus far, admittance measurement and temperature measurement for analysis of the degree of swelling have been performed.
The swelling degree analysis unit 16 reads the obtained admittance measurement data 23 from the output database 19 (step S5), and calculates the amount of change from the response peak frequency of the dried polymer gel film 6 (step S6). The response peak frequency of the dried polymer gel film 6 may be stored in advance in the input database 18 as the polymer gel film data 21 and read from the input database 18 simultaneously with the admittance measurement data 23.

アドミタンス変化量が演算されると、次にステップS7で高分子ゲル膜の質量変化量が前述の式(5)で表される係数kを用いて演算される。この式(5)は、予め入力用データベース18に測定系データ22の一部として格納されているので、入力用データベース18から読み出して用いるとよい。
その後、ステップS8で、ステップS7で得られた高分子ゲル膜の質量の変化から式(5)を用いて膨潤度の演算を行い、ステップS9ではその膨潤度演算値を膨潤度解析データ25として出力用データベース19に格納する。
もちろん、出力用データベース19に格納しなくとも直接図1に示される出力部17に出力してもよいし、出力用データベース19を介して出力部17から出力させてもよい。
Once the admittance change amount is calculated, in step S7, the mass change amount of the polymer gel film is calculated using the coefficient k expressed by the above-described equation (5). Since this equation (5) is stored in advance in the input database 18 as part of the measurement system data 22, it may be read from the input database 18 and used.
Thereafter, in step S8, the degree of swelling is calculated from the change in mass of the polymer gel film obtained in step S7 using equation (5). In step S9, the calculated degree of swelling is used as swelling degree analysis data 25. Store in the output database 19.
Of course, the data may be output directly to the output unit 17 shown in FIG. 1 without being stored in the output database 19, or may be output from the output unit 17 via the output database 19.

次に、図2に示されるような圧電トランスデューサ4等を備えた膨潤度測定システムの作成とそれを用いて行なった実験結果について図9乃至図13を参照しながら説明する。
本実施の形態においては、温度応答性の高分子ゲル膜プローブ5は、前述の寸法のアルミ板に、高分子ゲル膜6としてN−イソプロピルアクリルアミドを用いて固定した。
高分子ゲル膜6の固定方法には、2通りの方法を用いた。一つは、ポリマー溶液をキャスト後、乾燥させて固体膜にした後に、アルミ板に貼り付ける方法であり、この膜を接着高分子ゲル膜6とした。もう一つは、作製したポリマー溶液をアルミ板へ塗布し、乾燥させる方法であり、この膜をコーティングゲル膜としたものである。後者の場合は、コーティングゲル膜をアルミ板に固定化した後にアルミ板ごと160℃で20分熱処理し、0.025vol%グルタミンアルデヒド水溶液で1日架橋処理を行った。前者の場合は、接着ゲル膜を同様な架橋処理を行った後にアルミ板へポリビニルアルコール(PVA)水溶液を接着剤として用いて貼り付けた。
これらの高分子ゲル膜6を高分子ゲル膜プローブ5に接着する際には、高分子ゲル膜プローブ5の先端10mmの範囲に、直径1mmの孔を6個開けることで高分子ゲル膜6がこれらの孔を通じてつながり、高分子ゲル膜6の高分子ゲル膜プローブ5への固着力が強化されるように工夫されている。
Next, the creation of a swelling degree measurement system including the piezoelectric transducer 4 as shown in FIG. 2 and the results of experiments performed using the system will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, the temperature-responsive polymer gel membrane probe 5 is fixed to the aluminum plate having the dimensions described above using N-isopropylacrylamide as the polymer gel membrane 6.
Two methods were used for fixing the polymer gel film 6. One is a method in which a polymer solution is cast, dried to form a solid film, and then attached to an aluminum plate. This film is used as an adhesive polymer gel film 6. The other is a method in which the produced polymer solution is applied to an aluminum plate and dried, and this film is used as a coating gel film. In the latter case, the coating gel film was fixed to an aluminum plate, and then the entire aluminum plate was heat-treated at 160 ° C. for 20 minutes, and subjected to a cross-linking treatment with a 0.025 vol% glutamine aldehyde aqueous solution for 1 day. In the former case, the adhesive gel film was subjected to the same cross-linking treatment and then pasted on an aluminum plate using an aqueous polyvinyl alcohol (PVA) solution as an adhesive.
When these polymer gel films 6 are bonded to the polymer gel film probe 5, the polymer gel film 6 is formed by opening six holes with a diameter of 1 mm in the range of the tip of the polymer gel film probe 5 to 10 mm. It connects through these holes, and it is devised so that the adhesive force of the polymer gel film 6 to the polymer gel film probe 5 is strengthened.

図9(a)、(b)は、本実施の形態に係る高分子ゲル膜プローブに固定された高分子ゲル膜の状態を前述の2通りの方法に分けて示すものであり、(a)が固体膜とした後に貼り付けたもの(pasted gel membrane)、(b)が塗布して乾燥させて固定化させたもの(coating gel membrane)である。また、図9(c)は、本実施の形態に係る圧電トランスデューサを示すものである。高分子ゲル膜プローブ5の先端10mmの範囲に穿設された孔は、特に図9(b)に示されるとおりである。
本実施の形態においては、高分子ゲル膜プローブ5の圧電トランスデューサ4への固定は、両面テープで接着する方法を取っており、高分子ゲル膜プローブ5を簡単に取り外し可能となっている。もちろん、両面テープ以外、例えば、ボルトとナットなどで固定するようにすると位置決めも容易で強固に固定されるため望ましいが、溶接してしまうと高分子ゲル膜プローブ5の交換が容易ではないので、留意する必要がある。
このように構成される圧電トランスデューサ4を用いて高分子ゲル膜の膨潤度を測定するのである。以下、その測定方法について説明する。
高分子ゲル膜を例えば水中に浸漬すると膜が膨潤し、それに浸潤した水分により膜の質量が変化する。この質量変化が圧電トランスデューサ4の機械的インピーダンスの変化をもたらすので、その機械的インピーダンス変化を圧電素子の電気的インピーダンスを測定することで、高分子ゲル膜の質量変化を高精度で計測できるのである。
FIGS. 9A and 9B show the state of the polymer gel membrane fixed to the polymer gel membrane probe according to the present embodiment, divided into the two methods described above. Is a pasted gel membrane pasted into a solid membrane (pasted gel membrane), and (b) is a coated gel membrane dried and immobilized (coating gel membrane). FIG. 9C shows the piezoelectric transducer according to the present embodiment. The hole drilled in the range of 10 mm tip of the polymer gel membrane probe 5 is particularly as shown in FIG. 9B.
In the present embodiment, the polymer gel membrane probe 5 is fixed to the piezoelectric transducer 4 by using a double-sided tape, and the polymer gel membrane probe 5 can be easily removed. Of course, other than double-sided tape, for example, fixing with bolts and nuts is desirable because it is easy to position and firmly fixed, but it is not easy to replace the polymer gel membrane probe 5 when welded. It is necessary to keep in mind.
The swelling degree of the polymer gel film is measured using the piezoelectric transducer 4 configured as described above. Hereinafter, the measurement method will be described.
For example, when a polymer gel film is immersed in water, the film swells, and the mass of the film changes due to moisture infiltrated therein. This mass change causes a change in the mechanical impedance of the piezoelectric transducer 4, and therefore, the change in the mechanical impedance can be measured with high accuracy by measuring the electrical impedance of the piezoelectric element. .

具体的に行なった方法を実施例として図1を参照しながら説明する。
高分子ゲル膜プローブ5の高分子ゲル膜6を水中に浸け、水温を変化させながら高分子ゲル膜6の膨潤による膜の質量変化を圧電トランスデューサ4に取り付けた圧電素子3の電気的アドミタンス(インピーダンスの逆数)の変化で計測して、高分子ゲル膜6の含水量の温度変化を調べるものである。
アドミタンス測定部14としてアドミタンスアナライザーを用い、圧電素子3に一定電圧の正弦波を掃引しながら圧電トランスデューサ4のアドミタンス応答を計測する。
はじめに、高分子ゲル膜プローブ5のアルミ基板のみを圧電トランスデューサ4に設置した場合及び高分子ゲル膜6を高分子ゲル膜プローブ5に固定した場合の両方についてアドミタンスの周波数応答を測定し、圧電トランスデューサ4の動作特性を調べた。
A concrete method will be described as an example with reference to FIG.
When the polymer gel film 6 of the polymer gel film probe 5 is immersed in water and the water temperature is changed, the mass change of the film due to swelling of the polymer gel film 6 is changed. And the temperature change of the water content of the polymer gel film 6 is examined.
An admittance analyzer is used as the admittance measurement unit 14 to measure the admittance response of the piezoelectric transducer 4 while sweeping a sine wave of a constant voltage to the piezoelectric element 3.
First, the frequency response of admittance is measured for both the case where only the aluminum substrate of the polymer gel film probe 5 is installed on the piezoelectric transducer 4 and the case where the polymer gel film 6 is fixed to the polymer gel film probe 5. The operation characteristics of 4 were investigated.

図10は、その圧電トランスデューサ4の動作特性を示すグラフである。図中、点線で示されるスペクトルは高分子ゲル膜プローブ5のみの結果で、実線で示されるスペクトルは高分子ゲル膜プローブ5に高分子ゲル膜6を固定した場合の結果を示している。
全体の特性を把握するために掃引周波数範囲を0〜40kHz、掃引周波数ステップを50Hzとしている。図より、高分子ゲル膜6が固定された場合は固定されていない場合に比較して、アドミタンス周波数応答波形が左側、すなわち低周波数側へシフトしていることがわかる。この差は、高分子ゲル膜6が固定されたことによる高分子ゲル膜プローブ5の質量増加によるものと考えられる。
0〜40kHzの全領域のアドミタンス波形を用いてゲルの質量評価を行なうことは可能であるが、計測には長時間を要するため、1のピーク波形を用いて膜の質量変化を評価する。
1自由度系の応答を考えると、質量の増加によって共振周波数と最大振幅が共に低下するが、この特徴が顕著に現れている波形は、25kHz付近の波形であるため、計測はこの25kHz近傍で行なうこととした。
高分子ゲル膜6の特性を計測する前に、まず、温度が圧電トランスデューサ4自身に与える影響について調べる必要があるため、高分子ゲル膜6を固定しない高分子ゲル膜プローブ5のアルミ基板のみの状態で圧電トランスデューサ4に設けて高分子ゲル膜プローブ5の先端部を水に浸漬させたまま、水温を変化させて圧電トランスデューサ4のアドミタンス応答を測定した。前述のように共振周波数と最大振幅の特性から25kHz近傍の波形が望ましいことがわかっているので、その周辺の23kHz〜27kHzを測定周波数範囲とし、掃引周波数ステップは5Hzとした。水温は15℃から50℃まで変化させた。
FIG. 10 is a graph showing the operating characteristics of the piezoelectric transducer 4. In the figure, the spectrum indicated by the dotted line is the result of the polymer gel membrane probe 5 alone, and the spectrum indicated by the solid line is the result when the polymer gel membrane 6 is fixed to the polymer gel membrane probe 5.
In order to grasp the entire characteristics, the sweep frequency range is 0 to 40 kHz, and the sweep frequency step is 50 Hz. From the figure, it can be seen that when the polymer gel film 6 is fixed, the admittance frequency response waveform is shifted to the left side, that is, to the low frequency side as compared with the case where the polymer gel film 6 is not fixed. This difference is considered to be due to an increase in mass of the polymer gel membrane probe 5 due to the polymer gel membrane 6 being fixed.
Although it is possible to perform the mass evaluation of the gel using the admittance waveform of the whole region of 0 to 40 kHz, since the measurement takes a long time, the mass change of the film is evaluated using the single peak waveform.
Considering the response of the one-degree-of-freedom system, both the resonance frequency and the maximum amplitude decrease due to an increase in mass. However, since the waveform in which this feature appears remarkably is a waveform around 25 kHz, the measurement is around this 25 kHz. I decided to do it.
Before measuring the characteristics of the polymer gel film 6, it is necessary to examine the influence of the temperature on the piezoelectric transducer 4 itself. Therefore, only the aluminum substrate of the polymer gel film probe 5 that does not fix the polymer gel film 6 is used. The admittance response of the piezoelectric transducer 4 was measured by changing the water temperature while the tip of the polymer gel membrane probe 5 was immersed in water. As described above, it is known from the characteristics of the resonance frequency and the maximum amplitude that a waveform in the vicinity of 25 kHz is desirable. Therefore, the surrounding frequency range of 23 kHz to 27 kHz is set as the measurement frequency range, and the sweep frequency step is set to 5 Hz. The water temperature was changed from 15 ° C to 50 ° C.

この測定結果を図11に示す。図11に示されるとおり、水温の変化は圧電トランスデューサ4のアドミタンス周波数応答にはほぼ影響のないことが確認された。
次に、本実施例における高分子ゲル膜6の膨潤度の測定について説明する。
高分子ゲル膜6の膨潤度Heは、式(5)によって表現される。
The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the change in the water temperature has almost no influence on the admittance frequency response of the piezoelectric transducer 4.
Next, measurement of the degree of swelling of the polymer gel film 6 in this example will be described.
The degree of swelling He of the polymer gel film 6 is expressed by the formula (5).

ここで、ΔmとΔfは、それぞれ高分子ゲル膜6の浸潤した水分量と圧電素子3のアドミタンス波形のピーク周波数シフト量であり、Vmとdwはそれぞれ乾燥時の高分子ゲル膜6の体積と水の密度である。
膨潤度の計測は、浸漬槽7に高分子ゲル膜6を固定した高分子ゲル膜プローブ5を浸漬させ、溶液8として水を用いて水温を低温から高温へと変化させながら行なった。
最初は水温を20℃に設定し、以後6℃ずつ最終的には50℃まで温度を上昇させながら圧電素子3のアドミタンス応答をアドミタンス測定部14によって測定した。
なお、本実施例では温度調整部9を備えていない浸漬槽7において行なったので、昇温には高温の温水を追加することで行なったため、水位を一定に保つため注射器で水を排出した。
Here, Δm and Δf are the amount of water infiltrated by the polymer gel film 6 and the peak frequency shift amount of the admittance waveform of the piezoelectric element 3, respectively, and V m and d w are respectively the polymer gel film 6 at the time of drying. Volume and density of water.
The degree of swelling was measured by immersing the polymer gel membrane probe 5 having the polymer gel membrane 6 fixed in the immersion tank 7 and using water as the solution 8 to change the water temperature from a low temperature to a high temperature.
At first, the water temperature was set to 20 ° C., and thereafter the admittance response of the piezoelectric element 3 was measured by the admittance measuring unit 14 while increasing the temperature by 6 ° C. to finally 50 ° C.
In addition, since it carried out in the immersion tank 7 which is not equipped with the temperature control part 9 in a present Example, since it performed by adding high temperature warm water to temperature rising, water was discharged | emitted with the syringe in order to keep a water level constant.

アドミタンス測定部14による測定は、目的の温度に達した後5分間待ち状態が安定してから行なった。20℃から50℃まで繰り返しアドミタンス応答を測定して得られたグラフを図12に示す。
図12において、縦軸はアドミタンスであり横軸はアドミタンス波形の周波数である。水温が高くなるにつれて周波数が高くなっていることがわかる。基準となる周波数(24.5kHz)との差を水温毎に表すと表2のとおりである。
The measurement by the admittance measurement unit 14 was performed after the waiting state was stabilized for 5 minutes after reaching the target temperature. A graph obtained by repeatedly measuring the admittance response from 20 ° C. to 50 ° C. is shown in FIG.
In FIG. 12, the vertical axis represents admittance, and the horizontal axis represents the frequency of the admittance waveform. It can be seen that the frequency increases as the water temperature increases. Table 2 shows the difference from the reference frequency (24.5 kHz) for each water temperature.

さらに、高分子ゲル膜6として固体膜とした後に貼り付けたもの(pasted gel membrane)及び塗布して乾燥させて固定化させたもの(coating gel membrane)の両方について式(5)を用いて膨潤度を演算した。その結果を電子秤を用いて計算された膨潤度と比較しながら図13に示す。
図13において、横軸は膨潤に供された水の温度を示しており、縦軸は膨潤度を示すものである。固体膜として後に貼り付けたものと塗布して乾燥させて固定化させたもので少し膨潤度に差が生じているものの、電子秤で得られる高分子ゲル膜の膨潤度とほぼ同一の値が得られていることがわかる。
Further, both the pasted gel membrane 6 (pasted gel membrane) and the one coated and dried and immobilized (coating gel membrane) are swollen using the formula (5). The degree was calculated. The result is shown in FIG. 13 while comparing with the degree of swelling calculated using an electronic balance.
In FIG. 13, the horizontal axis indicates the temperature of water subjected to swelling, and the vertical axis indicates the degree of swelling. Although there is a slight difference in the degree of swelling between what was applied later as a solid film and what was applied and dried and fixed, the value was almost the same as the degree of swelling of the polymer gel film obtained with an electronic balance. It turns out that it is obtained.

このように構成された本実施の形態においては、高分子ゲル膜の膨潤度を溶液から取り出すことなく、溶液中でリアルタイムで正確に測定することが可能である。
次に、本実施の形態に係る膨潤度測定システムの圧電トランスデューサ及び高分子ゲル膜プローブの組合せに関する実施例について図14を参照しながら説明する。
図14において、(a)は図1乃至図3に記載された圧電トランスデューサ4と高分子ゲル膜6を固定した高分子ゲル膜プローブ5の基本的な組合せの構成を示す図である。この構成に対して、(b)は、高分子ゲル膜プローブ5を設けず直接ビーム部2aに高分子ゲル膜6を固定し、圧電素子3を高分子ゲル膜6を固定した側とは異なる端部に設けて、さらに固定材29a,30aで挟持して位置調整具26で調整可能に固定するものである。
In the present embodiment configured as described above, the degree of swelling of the polymer gel film can be accurately measured in real time in the solution without taking it out of the solution.
Next, an example relating to the combination of the piezoelectric transducer and the polymer gel film probe of the swelling degree measuring system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
14A is a diagram showing a configuration of a basic combination of the piezoelectric transducer 4 and the polymer gel film probe 5 to which the polymer gel film 6 described in FIGS. 1 to 3 is fixed. In contrast to this configuration, (b) is different from the side where the polymer gel film 6 is directly fixed to the beam portion 2 a without providing the polymer gel film probe 5 and the piezoelectric element 3 is fixed to the polymer gel film 6. It is provided at the end, and is clamped by the fixing members 29a and 30a and fixed by the position adjusting tool 26 so as to be adjustable.

この(b)に示す実施例では、圧電素子3が設けられる側のビーム部2aには位置調整具26を挿通可能な孔(図示せず)が穿設されており、位置調整具26を固定材29a,30aとの関係で緩めてビーム部2aの位置を変更して調整し、調整後に再び位置調整具26を締結して固定するという操作が実行される。
このようにすることで、ビーム部2aの長手方向位置を常に一定とすることが可能であり、高分子ゲル膜6との位置関係も調整することが可能となる。高分子ゲル膜6によってビーム部2aに生ずる機械的インピーダンスの変化の効果をビーム部2aの位置調整を行なうことによって調節し、もって、高分子ゲル膜6の膨潤度測定の精度を向上させることが可能となる。さらに、ビーム部2aの交換も容易となり、高分子ゲル膜プローブ5を単位として保存する必要性も薄くなるという効果もある。なお、図14(b)では、圧電素子3が固定材29a,30aによって挟まれるように示されているが、この圧電素子3には必ずしも位置調整具26を挿通させるための孔を穿設する必要はなく、圧電素子3の設けられる位置と孔の位置をずらすなどすればよいことは言うまでもない。
In the embodiment shown in (b), a hole (not shown) through which the position adjusting tool 26 can be inserted is formed in the beam portion 2a on the side where the piezoelectric element 3 is provided, and the position adjusting tool 26 is fixed. An operation is performed in which the position of the beam portion 2a is adjusted by loosening it in relation to the materials 29a and 30a, and the position adjusting tool 26 is fastened and fixed again after the adjustment.
By doing in this way, it is possible to always make the longitudinal position of the beam portion 2a constant, and it is also possible to adjust the positional relationship with the polymer gel film 6. It is possible to adjust the effect of the change in mechanical impedance generated in the beam portion 2a by the polymer gel film 6 by adjusting the position of the beam portion 2a, thereby improving the accuracy of measurement of the degree of swelling of the polymer gel film 6. It becomes possible. Further, the beam portion 2a can be easily exchanged, and the need to store the polymer gel membrane probe 5 as a unit can be reduced. In FIG. 14B, the piezoelectric element 3 is shown to be sandwiched between the fixing members 29a and 30a. However, the piezoelectric element 3 is not necessarily provided with a hole through which the position adjusting tool 26 is inserted. Needless to say, the position of the piezoelectric element 3 and the position of the hole may be shifted.

次に、図14(c)に示される実施例について説明する。(特に、請求項3に対応)
この(c)に示す実施例では、2本のビーム部2b,2cの端部に、特性が既知である高分子ゲル膜6aと測定対象となる高分子ゲル膜6をそれぞれ固定して圧電素子3を用いて同時に振動させて、既知の特性を備えた高分子ゲル膜6aのデータと測定対象の高分子ゲル膜6のデータを比較することができるものである。
本実施例においても(b)に示される実施例と同様に高分子ゲル膜プローブ5は用いられていない。
本実施例においては、2本のビーム部2b,2cを並列に構成させて、カギ型となった上部の内側にそれぞれ圧電素子3を配しながら、固定材30bを締結具28a,28aで固定し、この固定材30bとビーム部2b,2cの上部に設けられる固定材29bを緩衝材27を介して締結具28bで固定するというものである。2本のビーム部2b,2cはそれぞれ別個独立であり、それらを振動させる圧電素子3,3も別個独立であるので、互いの振動によって共振するようなことは避けられる。
ビーム部2cの下端に直接固定された高分子ゲル膜6aは、膨潤度特性などが既知の膜材であり、これを基準として同じ浸漬槽内の溶液に測定対象となる高分子ゲル膜6を浸漬することで、得られた測定結果について比較することができるのである。
Next, the embodiment shown in FIG. 14C will be described. (In particular, corresponding to claim 3)
In the embodiment shown in (c), the polymer gel film 6a having a known characteristic and the polymer gel film 6 to be measured are fixed to the ends of the two beam portions 2b and 2c, respectively, and the piezoelectric element is fixed. 3 can be simultaneously vibrated, and the data of the polymer gel film 6a having known characteristics can be compared with the data of the polymer gel film 6 to be measured.
Also in this embodiment, the polymer gel membrane probe 5 is not used as in the embodiment shown in (b).
In the present embodiment, the two beam portions 2b and 2c are configured in parallel, and the fixing member 30b is fixed by the fasteners 28a and 28a while the piezoelectric elements 3 are arranged inside the key-shaped upper portion. The fixing member 30b and the fixing member 29b provided on the upper portions of the beam portions 2b and 2c are fixed by the fastener 28b via the buffer member 27. Since the two beam portions 2b and 2c are independent and independent, and the piezoelectric elements 3 and 3 that vibrate them are also independent and independent, it is possible to avoid resonance due to mutual vibration.
The polymer gel film 6a directly fixed to the lower end of the beam portion 2c is a film material whose swelling degree characteristic is known, and based on this, the polymer gel film 6 to be measured is applied to the solution in the same immersion bath. By soaking, the obtained measurement results can be compared.

さらに、特性既知の膜材を用いることで、膨潤度測定システムの較正に利用することも可能である。
例えば、図1に示される膨潤度測定システム1において、図14(c)に示されるビーム部2b,2cなどを採用し、予め高分子ゲル膜6aを用いて得られた一定条件下における圧電素子3のアドミタンス応答値を基準として、実際に測定対象の高分子ゲル膜6をビーム部2bに固定した後に、ビーム部2cの圧電素子3のアドミタンス応答が、予め求めたアドミタンス応答値となったときに、ビーム部2bの測定を行なうということが考えられる。
このような(c)に係る実施例を膨潤度測定システムに採用することで、より精度の高い膨潤度測定を実施することが可能である。
Furthermore, it is also possible to use for the calibration of the swelling degree measuring system by using a film material having a known characteristic.
For example, in the degree-of-swelling measurement system 1 shown in FIG. 1, the piezoelectric element under a certain condition obtained by using the beam portions 2b and 2c shown in FIG. 14C and using the polymer gel film 6a in advance. When the polymer gel film 6 to be measured is actually fixed to the beam portion 2b with the admittance response value of 3 as a reference, the admittance response of the piezoelectric element 3 of the beam portion 2c becomes a previously determined admittance response value. In addition, it is conceivable to measure the beam portion 2b.
By adopting the embodiment according to (c) in the swelling degree measuring system, it is possible to carry out the swelling degree measurement with higher accuracy.

以上説明したように、本発明の請求項1乃至請求項5に記載された発明は、高分子ゲル膜の膨潤度をリアルタイムに正確に測定可能であるため、高分子ゲル膜をドラッグデリバリーシステムやマイクロ化学チップ用ケミカルバルブ、さらに細胞培養シートや水処理用分離膜への応用する際の材料設計のための試験装置や評価試験などにおいて、材料となる膜の膨潤度を測定するための装置に用いることができる。   As described above, the inventions described in claims 1 to 5 of the present invention can accurately measure the swelling degree of the polymer gel film in real time. A chemical valve for micro chemical chips, and a device for measuring the degree of swelling of the membrane used as a material in test devices and evaluation tests for material design when applied to cell culture sheets and separation membranes for water treatment Can be used.

本発明の実施の形態に係る膨潤度測定システムの構成図である。It is a block diagram of the swelling degree measuring system which concerns on embodiment of this invention. (a)は本実施の形態に係る膨潤度測定システムの圧電トランスデューサ、高分子ゲル膜プローブ及び高分子ゲル膜を抽出してその寸法を示す側面図であり、(b)は正面図である。(A) is a side view which extracts the piezoelectric transducer, the polymer gel film | membrane probe, and polymer gel film | membrane of the swelling degree measuring system which concern on this Embodiment, and shows the dimension, (b) is a front view. 本実施の形態に係る膨潤度測定システムの圧電トランスデューサの入力電圧と出力電圧の関係を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the relationship between the input voltage of a piezoelectric transducer of the swelling degree measuring system which concerns on this Embodiment, and an output voltage. 本実施の形態に係る膨潤度測定システムの圧電トランスデューサの周波数応答をシミュレーションした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having simulated the frequency response of the piezoelectric transducer of the swelling degree measuring system which concerns on this Embodiment. シミュレーションによって得られたピーク周波数のシフト量Δfと高分子ゲル膜6の質量変化Δmの関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a peak frequency shift amount Δf and a mass change Δm of the polymer gel film 6 obtained by simulation. 本実施の形態に係る圧電素子のアドミタンス測定回路の概念図である。It is a conceptual diagram of the admittance measurement circuit of the piezoelectric element which concerns on this Embodiment. 圧電素子の出力電圧をベクトルで表現する概念図である。It is a conceptual diagram expressing the output voltage of a piezoelectric element with a vector. 本実施の形態に係るアドミタンス測定部、温度測定部及び膨潤度解析部の解析の手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure of the analysis of the admittance measurement part, temperature measurement part, and swelling degree analysis part which concern on this Embodiment. (a)、(b)は、本実施の形態に係る高分子ゲル膜プローブに固定された高分子ゲル膜の状態を2通りの方法に分けて示す写真であり、(a)が固体膜とした後に貼り付けたもの(pasted gel membrane)、(b)が塗布して乾燥させて固定化させたもの(coating gel membrane)であり、(c)は、本実施の形態に係る圧電トランスデューサを示す写真である。(A), (b) is the photograph which shows the state of the polymer gel film | membrane fixed to the polymer gel film | membrane probe which concerns on this Embodiment divided into two methods, (a) is a solid film and Pasted (membrane pasted), (b) is applied, dried and fixed (coating gel membrane), (c) shows the piezoelectric transducer according to the present embodiment It is a photograph. 本実施の形態に係る膨潤度測定システムの圧電トランスデューサの動作特性を示すグラフである。It is a graph which shows the operating characteristic of the piezoelectric transducer of the swelling degree measuring system which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る膨潤度測定システムの圧電トランスデューサの高分子ゲル膜なしの状態におけるアドミタンス応答を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the admittance response in the state without the polymer gel film | membrane of the piezoelectric transducer of the swelling degree measuring system which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る膨潤度測定システムの圧電トランスデューサの高分子ゲル膜ありの状態におけるアドミタンス応答を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the admittance response in the state with a polymer gel film of the piezoelectric transducer of the swelling degree measuring system which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る膨潤度測定システムにおいて測定された膨潤度を、固体膜とした後に貼り付けたもの及び塗布して乾燥させて固定化させたものに分けて、電子秤を用いて求めた値と比較して温度をパラメータとして示すグラフである。The swelling degree measured in the swelling degree measuring system according to the present embodiment was obtained by using an electronic balance by dividing it into a solid film and affixed after being applied and dried and fixed. It is a graph which shows temperature as a parameter compared with a value. 本実施の形態に係る膨潤度測定システムの圧電トランスデューサと高分子ゲル膜を固定するプローブあるいはビーム部の組合せの実施例を示す概略構造図であり、(a)は図1乃至図3で示す基本的な構造であり、(b)はプローブを設けることなく直接ビーム部に高分子ゲル膜を固定して、ビーム部の位置を調整可能な実施例、(c)もプローブを設けることなくビーム部に高分子ゲル膜を固定し、特性既知の他の膜材を基準とした比較型の実施例を示すものである。FIG. 4 is a schematic structural diagram showing an example of a combination of a probe or a beam unit for fixing a piezoelectric transducer and a polymer gel film in the swelling degree measuring system according to the present embodiment, and (a) is a basic structure shown in FIGS. 1 to 3. (B) is an embodiment in which a polymer gel film is directly fixed to a beam portion without providing a probe, and the position of the beam portion can be adjusted, and (c) is also a beam portion without providing a probe. A comparative example is shown in which a polymer gel membrane is fixed to the membrane and another membrane material with known properties is used as a reference.

符号の説明Explanation of symbols

1…膨潤度測定システム 2,2a〜2c…ビーム部 3…圧電素子 4…圧電トランスデューサ 5…高分子ゲル膜プローブ 6…高分子ゲル膜 7…浸漬槽 8…溶液 9…温度調整部 10…検温部 11…交流電源 12…トラスデューサ支持部 13…入力部 14…アドミタンス測定部 15…温度測定部 16…膨潤度解析部 17…出力部 18…入力用データベース 19…出力用データベース 20…溶液データ 21…高分子ゲル膜データ 22…測定系データ 23…アドミタンス測定データ 24…温度測定データ 25…膨潤度解析データ 26…位置調整具 27…緩衝材 28a,28b…締結具 29a,29b…固定材 30a,30b…固定材   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Swelling degree measuring system 2, 2a-2c ... Beam part 3 ... Piezoelectric element 4 ... Piezoelectric transducer 5 ... Polymer gel film probe 6 ... Polymer gel film 7 ... Immersion tank 8 ... Solution 9 ... Temperature control part 10 ... Thermometry 11: AC power supply 12: Transducer support unit 13 ... Input unit 14 ... Admittance measurement unit 15 ... Temperature measurement unit 16 ... Swelling degree analysis unit 17 ... Output unit 18 ... Input database 19 ... Output database 20 ... Solution data 21 ... polymer gel film data 22 ... measurement system data 23 ... admittance measurement data 24 ... temperature measurement data 25 ... swelling degree analysis data 26 ... position adjusting tool 27 ... buffer material 28a, 28b ... fastener 29a, 29b ... fixing material 30a, 30b ... Fixing material

Claims (6)

端部を固定され測定対象の高分子ゲルを固定可能なビーム部とこのビーム部の一部に設けられる圧電素子を備える圧電トランスデューサと、前記高分子ゲルを浸漬する溶液を貯留した浸漬槽と、前記圧電素子を振動させる電源部と、前記圧電素子のアドミタンスを測定するアドミタンス測定部と、このアドミタンス測定部によって測定されたアドミタンス測定データに基づいて前記高分子ゲルの膨潤度を解析する膨潤度解析部と、この膨潤度解析部によって得られた前記高分子ゲルの膨潤度解析データを出力する出力部とを有することを特徴とする高分子ゲルの膨潤度測定システム。   A beam part capable of fixing a polymer gel to be measured with a fixed end part, a piezoelectric element provided in a part of the beam part, an immersion tank storing a solution in which the polymer gel is immersed, A power supply unit that vibrates the piezoelectric element, an admittance measuring unit that measures the admittance of the piezoelectric element, and a swelling degree analysis that analyzes the degree of swelling of the polymer gel based on the admittance measurement data measured by the admittance measuring unit And a polymer gel swelling degree measuring system, comprising: an output part for outputting swelling degree analysis data of the polymer gel obtained by the swelling degree analyzing part. 前記高分子ゲルは、前記ビーム部に代えてビーム部に着脱可能に設けられたプローブに固定することを特徴とする請求項1記載の膨潤度測定システム。   The swelling degree measuring system according to claim 1, wherein the polymer gel is fixed to a probe detachably provided on the beam portion instead of the beam portion. 前記ビーム部は並列に少なくとも2つ設けられ、そのうち1つのビーム部にはその特性が既知である高分子ゲルを固定可能であることを特徴とする請求項1記載の膨潤度測定システム。   2. The swelling degree measuring system according to claim 1, wherein at least two of the beam portions are provided in parallel, and a polymer gel whose characteristics are known can be fixed to one of the beam portions. 前記浸漬槽の溶液温度を測定可能な温度測定部と、その溶液温度を調整可能な温度調整部とを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の膨潤度測定システム。   The degree of swelling according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a temperature measuring unit capable of measuring the solution temperature of the immersion bath; and a temperature adjusting unit capable of adjusting the solution temperature. Measuring system. 前記高分子ゲルを膨潤させるために浸漬する溶液の特性に関する溶液データ,高分子ゲルの特性に関する高分子ゲルデータ,ビーム部及び/又は圧電素子の特性に関する測定系データを読み出し可能に格納する入力用データベースと、この入力用データベースに予め前記溶液データ、高分子ゲルデータ及び測定系データを入力する入力部と、前記アドミタンス測定データ及び/又は膨潤度解析データを読み出し可能に格納する出力用データベースとを有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の膨潤度測定システム。   For input to store readable data on solution data regarding the characteristics of the solution immersed to swell the polymer gel, polymer gel data regarding the characteristics of the polymer gel, and beam system and / or piezoelectric element characteristics A database, an input unit that inputs the solution data, polymer gel data, and measurement system data in advance to the input database, and an output database that stores the admittance measurement data and / or swelling degree analysis data in a readable manner The swelling degree measuring system according to any one of claims 1 to 4, wherein the swelling degree measuring system is provided. 交流電源によって振動する圧電素子を備えた圧電トランスデューサに高分子ゲルを固定して溶液に浸漬させ、前記圧電素子のアドミタンスを前記高分子ゲルの膨潤前後で測定してアドミタンス変化量を演算し、予め測定された膨潤前後における前記圧電素子のアドミタンス変化量と前記高分子ゲルの質量変化量の関係に基づいて高分子ゲルの質量変化量を演算して前記高分子ゲルの膨潤度を演算することを特徴とする高分子ゲルの膨潤度測定方法。   A polymer gel is fixed to a piezoelectric transducer having a piezoelectric element that is vibrated by an AC power source and immersed in a solution, and the admittance of the piezoelectric element is measured before and after swelling of the polymer gel to calculate an admittance change amount. Calculating the degree of swelling of the polymer gel by calculating the amount of mass change of the polymer gel based on the relationship between the measured admittance change amount of the piezoelectric element before and after the swelling and the mass change amount of the polymer gel; A method for measuring the swelling degree of a polymer gel.
JP2005145725A 2005-05-18 2005-05-18 Swelling degree measuring system and method Active JP4370405B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005145725A JP4370405B2 (en) 2005-05-18 2005-05-18 Swelling degree measuring system and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005145725A JP4370405B2 (en) 2005-05-18 2005-05-18 Swelling degree measuring system and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006322791A true JP2006322791A (en) 2006-11-30
JP4370405B2 JP4370405B2 (en) 2009-11-25

Family

ID=37542588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005145725A Active JP4370405B2 (en) 2005-05-18 2005-05-18 Swelling degree measuring system and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4370405B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015030397A1 (en) * 2013-09-02 2015-03-05 주식회사 엘지화학 Method for calculating swelling phenomenon evaluation index of polymer and system using same
KR101578816B1 (en) 2013-10-16 2015-12-18 주식회사 엘지화학 Method for predicting the solvent-polymer swelling by estimating the solvent-driven swelling variation of polymers and system using the same
JP2019036070A (en) * 2017-08-10 2019-03-07 東洋ゴム工業株式会社 Method, device and program for calculating parameter of crosslinked polymer

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015030397A1 (en) * 2013-09-02 2015-03-05 주식회사 엘지화학 Method for calculating swelling phenomenon evaluation index of polymer and system using same
JP2016525169A (en) * 2013-09-02 2016-08-22 エルジー・ケム・リミテッド Method for calculating index for evaluating swelling phenomenon of polymer and system using the same
KR101578816B1 (en) 2013-10-16 2015-12-18 주식회사 엘지화학 Method for predicting the solvent-polymer swelling by estimating the solvent-driven swelling variation of polymers and system using the same
JP2019036070A (en) * 2017-08-10 2019-03-07 東洋ゴム工業株式会社 Method, device and program for calculating parameter of crosslinked polymer

Also Published As

Publication number Publication date
JP4370405B2 (en) 2009-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Reichel et al. Analysis and experimental verification of a metallic suspended plate resonator for viscosity sensing
US7148611B1 (en) Multiple function bulk acoustic wave liquid property sensor
JP5705111B2 (en) Oscillating element sensor for detecting boundary layer transition 1
US9494475B2 (en) Apparatus, system and method for dynamically measuring material viscoelasticity using shear wave induced resonance
JP4370405B2 (en) Swelling degree measuring system and method
Pratap et al. Fluid spectroscopy with piezoelectric ultrasound mems transducers
Massimino et al. Air-coupled PMUT at 100 kHz with PZT active layer and residual stresses: Multiphysics model and experimental validation
JPWO2008069247A1 (en) Mass measuring device and cantilever
Revel et al. The development of a shock-tube based characterization technique for air-coupled ultrasonic probes
RU2362128C1 (en) Measurement method of homogenous media acoustic resistance and device for its implementation
Abas et al. Characterization of electro-active paper vibration sensor by impact testing and random excitation
Hur et al. Determination of liquid density and viscosity using a self-actuating microcantilever
CN107389794B (en) Method and system for measuring rock attenuation coefficient
US9074981B2 (en) Sensor arrangement for measuring properties of fluids
Laux et al. Ultrasonic monitoring of droplets’ evaporation: Application to human whole blood
Cappon et al. Numerical modeling, calibration, and validation of an ultrasonic separator
JP2004012149A (en) Liquid physical property measuring apparatus
Jagadale et al. Structural health monitoring using piezo-ceramics smart material
Aulakh et al. Non-bonded piezo sensor configuration for strain modal analysis based shm
RU2672774C1 (en) Method of measuring the acoustic impedance of the medium and the device for its implementation
Ivancic et al. MEMS directional underwater acoustic sensor operating in near neutral buoyancy configuration
Schroder et al. A capacitance ultrasonic transducer with micromachined backplate for fast flow measurements in hot pulsating gases
Antlinger et al. Utilizing the transient response of an acoustic transmission setup utilizing pressure waves to determine physical liquid parameters
Barrera-Figueroa et al. On experimental determination of the free-field correction of laboratory standard microphones at normal incidence
Yaacob et al. Response estimation of micro-acoustic transducer for underwater applications using finite element method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080125

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090630

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090731

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150