JP2022117245A - 流動モニタ及び流動モニタリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】流体に対して非接触状態で、流体の流動状態をモニタすること。【解決手段】既知の基準周波数で脈動する流体Ｗが内部を流れ、流体の脈動に応じて変位する流壁３ａを有する流路３と、流壁との間に気密を維持した状態で流壁に押し当てられ、流壁の変位に対応して内圧が変化する第１センサ室２３と、第１センサ室よりも流体の下流側に配置されると共に流壁との間に気密を維持した状態で流壁に押し当てられ、流壁の変位に対応して内圧が変化する第２センサ室２４と、第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との差圧を検出する圧力センサ３１を有し、検出した差圧の変化に対応した検出信号Ｓ１を出力する検出部３０と、検出信号に基づいて流体の流動状態を検出する処理部４０とを備えている流動モニタ２を提供する。【選択図】図３

Description

本開示は、流動モニタ及び流動モニタリングシステムに関する。

流体を利用する各種の装置、システム等においては、流路を流れる流体の流動状態（例えば流量、流量の変化、流れの異常の有無等）を適切にモニタすることが求められる。例えば下記特許文献１には、圧力センサを利用して、レイノルズ数が小さい層流領域の流体の流量（微小流量）を測定する流量計が開示されている。

この流量計は、流路の途中に設けられた差圧発生部であるキャピラリと、流路のうちキャピラリの上流側と下流側とに位置する部分の圧力差（圧力損失）を検出する圧力センサと、検出した圧力差に基づいて流量を算出する演算処理部と、を備えている。圧力センサは、ダイヤフラムを有し、ダイヤフラムの変位量に基づいて圧力差を検出している。

特開２００９－２０４６２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の流量計では、ダイヤフラムを利用して圧力差を検出するために、キャピラリの上流側の流路と下流側の流路とを連通する連通部を閉塞するようにダイヤフラムを配置する必要がある。そのため、流路内を流れる流体がダイヤフラムに対して直接的に接触するおそれがあり、流体が汚染される懸念があった。そのため、その後に流体を例えば生化学反応に使用する、或いは生体への注入に用いる等といった使い方を行うことが難しく、改善の余地がある。

さらに流体がダイヤフラムを汚染する懸念も考えられるので、例えば別の種類の流体に変更する場合には、その度にダイヤフラムを含む圧力センサを洗浄或いは交換する等の対策が必要になってしまい、やはり改善の余地がある。

本開示は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、流体に対して非接触状態で、流体の流動状態をモニタすることができる流動モニタ及び流動モニタリングシステムを提供することである。

（１）本開示の一態様に係る流動モニタは、既知の基準周波数で脈動する流体が内部を流れ、前記流体の脈動に応じて変位する流壁を有する流路と、前記流壁との間に気密を維持した状態で前記流壁に押し当てられ、前記流壁の変位に対応して内圧が変化する第１センサ室と、前記第１センサ室よりも前記流体の下流側に配置されると共に、前記流壁との間に気密を維持した状態で前記流壁に押し当てられ、前記流壁の変位に対応して内圧が変化する第２センサ室と、前記第１センサ室の内圧と前記第２センサ室の内圧との差圧を検出する圧力センサを有し、検出した差圧の変化に対応した検出信号を出力する検出部と、前記検出信号に基づいて前記流体の流動状態を検出する処理部と、を備えていることを特徴とする。

本態様に係る流動モニタによれば、流路内を流れる流体の流動に応じて流壁が変位するので、流壁に押し当てられた第１センサ室の内圧及び第２センサ室の内圧をそれぞれ変化させることができる。具体的には、第１センサ室の内圧、及び第２センサ室の内圧を、それぞれ既知の基準周波数に対応した周期で変化させることができる。この際、流路内を流れる流体は、上流側から下流側に向けて流れるにしたがって、主に流壁との間に生じる摩擦損失によってエネルギーを失うため、徐々に圧力が低下する（圧力損失）。従って、第２センサ室が押し当てられている流壁の変位は、第１センサ室が押し当てられている流壁の変位よりも小さくなる。そのため、例えば第１センサ室及び第２センサ室の内容積が同じである場合、第２センサ室の内圧の方が第１センサ室の内圧よりも小さくなる。従って、圧力センサを利用して、第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との差圧を検出することができる。

検出部は、圧力センサによって検出した差圧の変化に対応した検出信号を出力する。この検出信号には、既知の基準周波数に対応した周期で変化する圧力損失の変動成分を含む信号が含まれている。これにより、処理部を利用して、検出信号から上記信号を抽出してモニタすることで流路内を流れる流体の流動状態を検出することができる。
例えば、流体の流速が遅くなった場合には、圧力損失が小さくなるため、検出信号の出力自体が小さくなる。そのため、流速が遅くなったことを検出することができる。このように、流体の流動状態として流速及びその変化を検出することが可能である。さらに、流速に基づいて、流体の流量及びその変化を検出することも可能である。さらには、流路内に何等かの理由によって詰まり等が発生した場合には、流速が顕著に小さくなるため、検出信号の出力が小さくなる或いは零に近くなる。従って、詰まりが発生した等の異常の有無についても検出することが可能となる。

このように、流動モニタによれば、流路内を流れる流体の流動状態を検出することができる。特に、第１センサ室及び第２センサ室を流壁に押し当て、流壁の変位を利用して流体の流動状態をモニタするので、流体に対して非接触状態でモニタを行うことができる。従って、従来とは異なり、流体を汚染することがないので、流路内を流れる流体を、例えば生化学反応に使用したり、生体への注入に用いたりすることが可能であり、各種の用途に幅広く用いることができる。さらには、洗浄等の対策を行うことなく、種類の異なる流体を使用することも可能であるので、使い易く利便性を向上することができる。
とりわけ、流動モニタでは、既知の基準数周波数で脈動する流体を流路内に流して流壁を変位させ、圧力センサを利用して第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との差圧を検出し、差圧の変化に対応した検出信号に基づいて流体の流動状態を検出する構成を採用している。従って、従来にはないモニタ構成とすることができ、微小流量で流れる流体であっても、流動状態を高精度に検出することが可能となる。

（２）（１）の態様の流動モニタにおいて、前記処理部は、前記検出信号から前記基準周波数に対応した周波数成分を含む特定信号を抽出するフィルタを備え、前記特定信号に基づいて前記流体の流動状態を検出しても良い。

この場合には、フィルタを利用して検出信号に含まれる信号の中から、既知の基準周波数に対応した周期で変化する圧力損失の周波数成分を含む特定信号を狙って抽出することができる。従って、検出信号に含まれる余計な周波数成分を含む信号をカットすることができ、ノイズの少ない信号を得ることができる。そのため、特定信号の変動をモニタすることで流体の流動状態をより高精度に検出することができる。

（３）（１）の態様の流動モニタにおいて、前記第１センサ室よりも前記流体の上流側に配置され、前記流壁を一定の周期で加圧することで、前記基準周波数とは異なる既知の特定周波数の周波数成分を含むように前記流体を脈動させる加圧部を備え、前記処理部は、前記検出信号から任意に選択した１つの周波数の周波数成分を含む特定信号を抽出するフィルタを備え、前記特定信号に基づいて前記流体の流動状態を検出しても良い。

この場合には、加圧部を利用して流壁を一定の周期で加圧することができ、基準周波数に対応した周期だけでなく、基準周波数とは異なる既知の特定周波数を含むように流体を脈動させることができる。そして、フィルタを利用して検出信号に含まれる信号の中から、任意に選択した１つの周波数に対応した周期で変化する圧力損失の周波数成分を含む特定信号を狙って抽出することができる。これにより、検出信号に含まれる余計な周波数成分を含む信号をカットすることができ、ノイズの少ない信号を狙って得ることができる。そのため、流体の流動状態をより高精度に検出することができる。
特に、任意に選択した１つの周波数の周波数成分を含む特定信号だけを狙って抽出することができるので、例えば検出信号に含まれる信号の中からノイズが最も少ない信号を抽出することができる。従って、環境ノイズが既知の基準周波数に近い周波数を有していた場合であっても、特定周波数を選択することで、環境ノイズの影響を受けることなく、流体の流動状態を高精度に検出するといった使い方を行える。

（４）（３）の態様の流動モニタにおいて、前記加圧部は、前記流壁を互いに異なる周期で加圧することで、複数の異なる前記特定周波数の周波数成分を含むように前記流体を脈動させても良い。

この場合には、任意に選択することができる周波数の選択肢を増やすことができるので、環境ノイズ等に影響を受けることなく、流体の流動状態をさらに高精度に検出することができる。

（５）（２）から（４）のいずれかの態様の流動モニタにおいて、前記フィルタは、ロックインアンプであっても良い。

この場合には、ロックインアンプを利用できるので、検出信号に含まれる信号の中からノイズが最も少ない信号を精度良く抽出し易いうえ、抽出した信号を増幅させる処理等も可能である。従って、流体の流動状態をさらに高精度に検出することができる。

（６）（１）から（５）のいずれかの態様の流動モニタにおいて、前記流路のうち前記第１センサ室と前記第２センサ室との間に位置する部分には、前記第１センサ室側における前記流体の圧力よりも、前記第２センサ室側における前記流体の圧力を低下させる圧力損失増大部が設けられても良い。

この場合には、流路内を流れる流体が、上流側から下流側に向けて流れるにしたがって、流壁との間に生じる摩擦損失によってエネルギーを失うだけでなく、圧力損失増大部によって圧力がさらに低下する。これにより、上流側と下流側とで流体の圧力損失を意図的に大きくすることができる。従って、圧力センサを利用して、第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との差圧の変化を感度良く検出し易い。従って、高いＳ／Ｎ比での検出信号を出力することができ、流体の流動状態をさらに精度良く検出することができる。

（７）（６）の態様の流動モニタにおいて、前記圧力損失増大部は、前記流路の流路径を狭める狭窄部であっても良い。

この場合には、狭窄部によって流路の流路径（流路の断面積）を狭めることで、流路抵抗を増大させることができるので、上流側と下流側とで流体の圧力損失を意図的に大きくすることができる。特に、流路径を意図的に狭めるだけの簡便な構成で済むので構成の簡略化を図ることができるうえ、流路径を任意に変更することで、圧力損失の調整を行うことが可能である。

（８）（６）の態様の流動モニタにおいて、前記圧力損失増大部は、前記第１センサ室から前記第２センサ室に達するまでの前記流体の流れの向きを変えることで、前記流体の流動距離を増大させる変向部であっても良い。

この場合には、変向部によって、例えば流路を途中でＵ字状或いは波型状に湾曲させる、又は急峻に屈曲させる等して、流路抵抗を増大させることができると共に、第１センサ室から第２センサ室に至るまでの流路長を確保することができる。これらのことにより、上流側と下流側とで流体の圧力損失を意図的に大きくすることができる。特に、流体の流れの向きを変えるだけの簡便な構成で済むので構成の簡略化を図ることができるうえ、流れの向きを任意に変更することで、圧力損失の調整を行うことが可能である。

（９）（１）から（８）のいずれかの態様の流動モニタにおいて、前記流体を既知の基準周波数で脈動させながら前記流路内に供給する供給部を備えても良い。

この場合には、供給部（例えばローラポンプ等のいわゆる脈動ポンプ等）を利用して、流体を既知の基準周波数で脈動させながら流路内に適切に供給することができるので、流動状態の検出を安定して行うことができる。また、供給部を利用することで、必要に応じて流体を供給或いは停止等することができ、使い易い。

（１０）（１）から（９）のいずれかの態様の流動モニタにおいて、前記第１センサ室の内容積は、前記第２センサ室の内容積と同一とされても良い。

この場合には、第１センサ室及び第２センサ室の内容積が同一であるので、流路内を流れる流体の圧力損失によって、第２センサ室が押し当てられている流壁の変位が、第１センサ室が押し当てられている流壁の変位よりも小さいことに対応して、第２センサ室の内圧を第１センサ室の内圧よりも確実に小さくすることができる。従って、圧力センサを利用して、第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との差圧の変化を確実に検出することができる。特に、第１センサ室及び第２センサ室の内容積を同一に形成することができるので、両センサ室を容易に形成し易く、構成の簡略化を図ることができる。

（１１）（１）から（９）のいずれかの態様の流動モニタにおいて、前記第１センサ室の内容積は、前記第２センサ室の内容積と異なり、前記第１センサ室の内容積と前記第２センサ室の内容積との比率は、前記第１センサ室が押し当てられている前記流壁の変位と、前記第２センサ室が押し当てられている前記流壁の変位との比率とは異なる比率とされても良い。

この場合には、第１センサ室及び第２センサ室の内容積の比率が、流壁の変位の比率と異なっているので、流路内を流れる流体の圧力損失によって、第２センサ室が押し当てられている流壁の変位が、第１センサ室が押し当てられている流壁の変位よりも小さいことに対応して、第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との間に差圧を確実に生じさせることができる。特に、第１センサ室及び第２センサ室の内容積の比率を調整することで、第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との差圧をより大きくさせることもできるので、差圧の変化を感度良く検出することが可能である。

（１２）（１）から（１１）のいずれかの態様の流動モニタにおいて、前記圧力センサは、前記第１センサ室の内圧と前記第２センサ室の内圧との差圧に応じて撓み変形するカンチレバーを備え、前記検出部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じて抵抗値が変化する変位検出抵抗を含む検出回路を有し、前記変位検出抵抗の抵抗値変化に対応した前記検出回路からの出力信号を前記検出信号として出力しても良い。

この場合には、流路内を流れる流体の流動に応じて流壁が変位し、それによって第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との差圧が生じると、これに対応してカンチレバーが撓み変形する。これにより、カンチレバーの撓み量（変位量）に対応して変位検出抵抗の抵抗値が変化するので、検出回路から出力される出力信号である検出信号が変化する。従って、カンチレバーの撓み量に基づいた検出信号をモニタすることで、結果的に流体の流動状態の検出を行うことができる。
特に、カンチレバーを利用するので、第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との差圧が微小であったとしても、カンチレバーを反応良く追従させて撓み変形させることができるので、流動状態を感度良く検出することができる。

（１３）本開示の一態様に係る流動モニタリングシステムは、（１）から（１２）のいずれか１項に記載の流動モニタと、検出された流動状態が予め設定された設定範囲内であるか否かを判断する判断部と、検出された流動状態が前記設定範囲から外れたと前記判断部が判断したときに、その旨を外部に報知する報知部と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る流動モニタリングシステムによれば、上述の流動モニタを具備しているので、流路内を流れる流体の流動状態を常にモニタすることができ、流体を各種の用途に使用することができる。特に、判断部が流体の流動状態が予め設定された設定範囲であるか否かを判断すると共に、例えば流路内の詰まり等によって流体の流動状態に意図しない不具合が生じた場合には設定範囲から外れたと判断する。これにより、報知部がその旨を外部に報知するので、不具合が生じたことを速やかに把握することができる。従って、流体を利用した各種のデバイスに好適に使用し易く、利便性を向上することができる。

（１４）（１３）の態様の流動モニタリングシステムにおいて、前記判断部は、判断結果に基づいて前記流路内への前記流体の供給を制御しても良い。

この場合には、例えば使用中に流体の流動状態に何等かの意図しない不具合が生じた場合に、流体の供給を一時的に停止する等の対策を適切に行うことができる。

本開示の一態様によれば、流体に対して非接触状態で、流体の流動状態をモニタすることができる。

流動モニタ及び流動モニタリングシステムの第１実施形態を示す構成図である。 図１に示す脈動ポンプの構成図である。 図１に示す状態から液体の脈動に対応してチューブ壁が変位した状態を示す図である。 図１に示す圧力センサ周辺の断面図である（図５に示すＡ－Ａ線に沿った断面図に相当）。 図１に示す圧力センサの平面図である。 検出回路の構成図である。 既知の基準周波数で周期的に脈動する液体の速度変動の一例を示す図である。 チューブ内を流れる液体の圧力損失変動の一例を示す図である。 第１センサ室の内圧と第２センサ室の内圧との差圧の変化に対応した検出信号（特定信号）の波形の一例を示す図である。 第１実施形態の変形例を示す流動モニタ及び流動モニタリングシステムの構成図である。 流動モニタ及び流動モニタリングシステムの第２実施形態を示す構成図である。 第２実施形態の変形例を示す流動モニタ及び流動モニタリングシステムの構成図である。 流動モニタ及び流動モニタリングシステムの第３実施形態を示す構成図である。 第３実施形態の変形例を示す流動モニタ及び流動モニタリングシステムの構成図である。

（第１実施形態）
以下、本開示に係る流動モニタ及び流動モニタリングシステムの第１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、流体として液体を例に挙げ、液体の流動状態を検出する場合を説明する。

（流動モニタリングシステム）
図１に示すように、本実施形態の流動モニタリングシステム１は、チューブ３内を流れる液体Ｗの流動状態を検出する流動モニタ２と、検出された流動状態が予め設定された設定範囲内であるか否かを判断する判断部４と、検出された流動状態が設定範囲から外れたと判断部４が判断したときに、その旨を外部に報知する報知部５と、を備えている。

なお、本実施形態では、チューブ３内を流れる液体Ｗの流動状態を検出する場合を例に挙げて説明する。各図面では、液体Ｗをドット状のハッチングとして表している。なお、流動状態とは、液体Ｗの流れに関連する各種のパラメータであり、例えば流速、流量、流量の変化、流れの異常の有無等が挙げられる。

以下、流動モニタ２について先に説明し、流動モニタリングシステム１の他の構成部材については、後に詳細に説明する。

（流動モニタ）
図１に示すように、流動モニタ２は、液体Ｗが内部を流れるチューブ（本発明に係る流路）３と、チューブ３内に液体Ｗを供給する脈動ポンプ（本発明に係る供給部）１０と、第１センサ室２３及び第２センサ室２４を有するセンサ筐体２０と、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧を検出する圧力センサ３１を有し、検出した差圧の変化に対応した検出信号Ｓ１を出力する検出部３０と、検出信号Ｓ１に基づいて液体Ｗの流動状態を検出する処理部４０と、を備えている。

チューブ３は、可撓性及び弾性を少なくとも有する、いわゆる送液用チューブであって、一定の内径（断面積）で長尺に形成されている。なお、使用する液体Ｗの種類や用途等に応じて、必要に応じてチューブ３に酸化処理等の各種処理を施しても構わないし、耐熱性、透明性等の各種の特性を付加しても構わない。

チューブ３の一端部側は、脈動ポンプ１０を介して給水タンク６に接続されている。チューブ３の他端部側は、図示しない外部機器等に接続可能とされている。これにより、脈動ポンプ１０を利用して、給水タンク６内の液体Ｗをチューブ３内に供給することができ、チューブ３の一端部側から他端部側に向かう一方向に液体Ｗを流動させることができる。なお、チューブ３の一端部側（給水タンク６側）を上流側といい、チューブ３の他端部側を下流側という。

脈動ポンプ１０は、給水タンク６内に貯留されている液体Ｗを吸込み、既知の基準周波数で脈動させながらチューブ３の下流側に向けて供給するポンプとされている。本実施形態の脈動ポンプ１０は、図２に示すように、複数の圧搾ローラ１１を利用してチューブ３を周期的にしごくことで液体Ｗを脈動させながら送液する、いわゆるローラポンプとされている。

脈動ポンプ１０は、平面視円形状のローラ収容部１２ａが形成されたポンプ本体１２と、ローラ収容部１２ａ内に配置された中央ローラ１３及び複数の圧搾ローラ１１と、を主に備えている。
ポンプ本体１２には、ローラ収容部１２ａに沿うように平面視Ｕ字状に形成されたチューブ溝１４が形成されている。チューブ３は、チューブ溝１４内に嵌め込まれることで保持されている。これにより、チューブ３は、複数の圧搾ローラ１１を外側から囲むように配置されている。

中央ローラ１３は、ローラ収容部１２ａの中央部において中心軸線Ｃと同軸上に配置されている。中央ローラ１３は、複数の圧搾ローラ１１の回転を案内する案内ローラとして機能する。複数の圧搾ローラ１１は、中央ローラ１３の周囲を囲むように中心軸線Ｃを中心として周方向に均等配置されている。図示の例では、６つの圧搾ローラ１１を配置している場合を例にしているが、圧搾ローラ１１の数は６つに限定されるものではない。

６つの圧搾ローラ１１は、周方向に互いに摺接し合い、且つ中央ローラ１３に対してそれぞれ摺接するように配置され、図示しない歯車輪列等の動力伝達機構を介して自転しながら、中心軸線Ｃ回りを公転可能とされている。
６つの圧搾ローラ１１の公転方向は、例えば図２に示す矢印Ｍ１の如く、チューブ３の上流側から下流側に向かう方向とされている。さらに６つの圧搾ローラ１１の自転方向は、図２に示す矢印Ｍ２の如く、公転方向に対して逆方向とされている。

さらに６つの圧搾ローラ１１は、公転の過程において、チューブ溝１４内に保持されているチューブ３を押潰すことが可能とされている。これにより、チューブ３を押し潰しながら圧搾ローラ１１を回転させることができ、液体Ｗを下流側に向けて送ることができる。さらに、チューブ３を圧搾していた圧搾ローラ１１がチューブ３から離間する際、チューブ３を押潰していた分だけチューブ３内に負圧が発生するので、負圧を利用して給水タンク６内からチューブ３内に液体Ｗを吸込むことが可能となる。

これらの動作が繰り返されることで、複数の圧搾ローラ１１を利用してチューブ３を周期的にしごくことができ、液体Ｗを周期的に脈動させながら下流側に供給（送液）することが可能となる。その結果、既知の基準周波数（すなわち脈動ポンプ１０の回転周波数）で脈動させながら液体Ｗを下流側に供給することができる。
なお、脈動ポンプ１０は、後述する判断部４を含む制御部７によって作動が制御されている。

脈動ポンプ１０によって供給された液体Ｗは、既知の基準周波数で脈動しながらチューブ３内を下流側に向かって流れる。この際、先に述べたように、チューブ３は少なくとも可撓性及び弾性を有しているので、チューブ壁（本発明に係る流壁）３ａは、液体Ｗの脈動に応じて上流側から下流側に向かって波打つように膨らんで変位する。

図１に示すように、センサ筐体２０は、内部が第１キャビティ２１とされた第１センサ室２３と、内部が第２キャビティ２２とされた第２センサ室２４と、第１センサ室２３と第２センサ室２４とを接続すると共に、第１キャビティ２１内と第２キャビティ２２内とを連通させる連結筐体２５と、を備えている。
センサ筐体２０は、第１センサ室２３がチューブ３の上流側に位置し、且つ第２センサ室２４がチューブ３の下流側に位置するようにチューブ３に沿って配置され、図示しない固定部材等を利用してチューブ３に一体的に組み合わされている。

第１センサ室２３は、下方に開口した有頂筒状に形成されている。具体的には、第１センサ室２３は横断面視円形状に形成されている。ただし、第１センサ室２３の形状は、この場合に限定されるものではなく、例えば横断面視四角形状等、適宜変更して構わない。
特に第１センサ室２３は、下方に開口した開口部がチューブ壁３ａに対して隙間なく密着するように、チューブ３に対して上方から押し当てられている。これにより、第１センサ室２３は、チューブ壁３ａとの間に気密が維持された状態で押し当てられている。従って、第１キャビティ２１は、チューブ壁３ａによって塞がれた密閉空間とされている。
なお、チューブ壁３ａのうち、第１センサ室２３が押し当てられている部分を第１チューブ壁３ｂという。

第２センサ室２４は、第１センサ室２３と同様に下方に開口した有頂筒状（例えば横断面視円形状）に形成され、第１センサ室２３に対して間隔をあけた状態で第１センサ室２３よりも下流側に配置されている。
第２センサ室２４は、下方に開口した開口部が第１チューブ壁３ｂよりも下流側に位置するチューブ壁３ａに対して隙間なく密着するように、チューブ３に対して上方から押し当てられている。これにより、第２センサ室２４は、チューブ壁３ａとの間に気密が維持された状態で押し当てられている。従って、第２キャビティ２２は、チューブ壁３ａによって塞がれた密閉空間とされている。
なお、チューブ壁３ａのうち、第２センサ室２４が押し当てられている部分を第２チューブ壁３ｃという。

連結筐体２５は、チューブ３に沿って延びるように形成され、第１センサ室２３の上端部と第２センサ室２４の上端部とを接続している。連結筐体２５は、断面積が第１センサ室２３及び第２センサ室２４よりも遥かに小さい筒状に形成されている。ただし、各図面では、図面を見易くするために、連結筐体２５を誇張して図示している。
連結筐体２５によって、チューブ３に沿って配置されている第１センサ室２３内と第２センサ室２４内とは互いに連通している。つまり、第１キャビティ２１と第２キャビティ２２とは、連結筐体の内部を通じて互いに連通している。

上述のように構成されたセンサ筐体２０において、第１センサ室２３の開口部とチューブ壁３ａとの間、第２センサ室２４の開口部とチューブ壁３ａとの間に、例えばクッション性を有する弾性体を介在させても構わない。これにより、第１センサ室２３内及び第２センサ室２４内の気密性をさらに高めることができる。
なお、弾性体としては、例えばチューブ３の弾性よりも低い弾性の弾性材料、例えば合成ゴム、シリコン、高分子ゲル等が挙げられる。これにより、チューブ３を変形させることなく弾性体を押潰すように弾性変形させることが可能となる。

なお、本実施形態では、センサ筐体２０の内部（第１キャビティ２１及び第２キャビティ２２を含む）には、空気を閉じ込めている構成としているが、特定のガス（気体）を閉じ込めるような構成としても構わない。
さらに、第１センサ室２３及び第２センサ室２４は、内容積が互いに同一となるように形成されている。

第１センサ室２３は、第１チューブ壁３ｂとの間に気密が維持された状態で押し当てられているので、図３に示すように第１チューブ壁３ｂが液体Ｗの脈動に応じて変位したときに、該変位に対応して内圧が変化する。同様に、第２センサ室２４は、第２チューブ壁３ｃとの間に気密が維持された状態で押し当てられているので、第２チューブ壁３ｃが液体Ｗの脈動に応じて変位したときに、該変位に対応して内圧が変化する。
なお、図３では、給水タンク６の図示を省略している。

ただし、チューブ３内を流れる液体Ｗは、上流側から下流側に向けて流れるにしたがって、主にチューブ壁３ａとの間に生じる摩擦損失によってエネルギーを失うため、徐々に圧力が低下する(圧力損失)。従って、第２チューブ壁３ｃの変位は、図３に示すように第１チューブ壁３ｂの変位よりも小さくなる。そのため、第２センサ室２４の内圧の方が、第１センサ室２３の内圧よりも小さくなる。従って、圧力センサ３１を利用して、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧を検出することができる。

圧力センサ３１は、図１、図４及び図５に示すように、連結筐体２５に一体的に組み合わされたセンサ基板３２を有している。
センサ基板３２は、例えばプリント回路基板とされ、連結筐体２５に対して直交するように組み合わされている。これにより、センサ基板３２は、第１センサ室２３内と第２センサ室２４内の連通を遮断するように配置されている。ただし、センサ基板３２には、連結筐体２５の内側に位置する部分に、該センサ基板３２を厚み方向に貫通する貫通孔３３が形成されている。これにより、第１センサ室２３内と第２センサ室２４内とは、貫通孔３３を通じて互いに連通している。

センサ基板３２のうち第１センサ室２３側を向く第１主面３２ａ上には、図４及び図５に示すように、ＳＯＩ基板５０が配置されていると共に、液体Ｗの流動状態の検出に必要とされる各種の電子部品が実装されている。ただし、ＳＯＩ基板５０等は、第１主面３２ａ上に配置される場合に限定されるものではなく、センサ基板３２のうち第２センサ室２４側を向く第２主面３２ｂ上に配置されても構わない。

圧力センサ３１は、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧に応じて撓み変形するカンチレバー３５を備えている。
カンチレバー３５は、ＳＯＩ基板５０を利用して形成され、連結筐体２５の内部において貫通孔３３を塞ぐように配置されている（図１参照）。ＳＯＩ基板５０は、シリコン支持層５１、シリコン酸化膜等の絶縁層５２及びシリコン活性層５３を熱的に張り合わせた半導体基板であって、センサ基板３２の第１主面３２ａに対して重なった状態で接合されている。

ただし、カンチレバー３５はＳＯＩ基板５０によって形成される場合に限定されるものではない。なお、シリコン支持層５１を一定電位に維持する（例えば、シリコン支持層５１をセンサ基板３２のグラウンド等に接続）等して、ＳＯＩ基板５０に厚さ方向の電位差の変動が生じることを抑制することが好ましい。

図５に示すように、ＳＯＩ基板５０の平面視で互いに直交する２方向のうちの一方向を前後方向Ｌ１といい、他方向を左右方向Ｌ２という。ＳＯＩ基板５０は、前後方向Ｌ１に沿った長さが左右方向Ｌ２に沿った長さよりも長い平面視長方形状に形成されている。ただし、ＳＯＩ基板５０の形状はこの場合に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。

図４及び図５に示すように、ＳＯＩ基板５０は、貫通孔３３を覆うようにセンサ基板３２の第１主面３２ａ上に配置されている。シリコン支持層５１及び絶縁層５２には、これらシリコン支持層５１及び絶縁層５２を厚み方向に貫通する連通孔５５が形成されている。連通孔５５は、貫通孔３３を通じて第２センサ室２４内に連通していると共に、後述する第１ギャップ５６を通じて第１センサ室２３内に連通している。

シリコン活性層５３は、絶縁層５２の全面に亘って形成されている。そのため、シリコン活性層５３は連通孔５５を第１センサ室２３側から覆っている。さらにシリコン活性層５３のうち、ＳＯＩ基板５０の平面視で連通孔５５の内側に位置する部分には、該シリコン活性層５３を厚さ方向に貫通する平面視Ｃ形状の第１ギャップ５６が形成されている。シリコン活性層５３のうち第１ギャップ５６の内側に位置する部分がカンチレバー３５とされている。
従って、カンチレバー３５は、ＳＯＩ基板５０の平面視で、第１ギャップ５６をあけた状態で連通孔５５を部分的に覆っている。なお、第１ギャップ５６のギャップ幅は、例えば数百ｎｍ～数十μｍの微小幅とされている。

カンチレバー３５は、片持ち状に支持された状態でＳＯＩ基板５０に形成されている。具体的にはカンチレバー３５は、先端部が自由端とされたレバー本体３６と、レバー本体３６とシリコン活性層５３とを一体的に接続すると共に、レバー本体３６を片持ち状態で支持する２つのレバー支持部３７とを備え、連通孔５５を覆うように配置されている。これにより、カンチレバー３５は、レバー本体３６の先端部側が自由端とされた片持ち梁構造とされ、レバー支持部３７を中心として第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧に応じて撓み変形する。
なお、前後方向Ｌ１に沿ってレバー支持部３７からレバー本体３６に向かう方向を前方といい、その反対方向を後方という。

カンチレバー３５の基端部には、該カンチレバー３５を厚さ方向に貫通する第２ギャップ５７が形成されている。第２ギャップ５７は、カンチレバー３５の基端部においてＳＯＩ基板５０における左右方向Ｌ２の中央部に位置するように形成されている。なお、第２ギャップ５７のギャップ幅は、第１ギャップ５６のギャップ幅と同等とされている。
２つのレバー支持部３７は、第２ギャップ５７を間に挟んで左右方向Ｌ２に並ぶように配置されている。これにより、カンチレバー３５はレバー支持部３７を中心として撓み変形し易い構造とされている。

第２ギャップ５７は、前後方向Ｌ１に沿って直線状に延びると共に、左右方向Ｌ２に間隔をあけて互いに平行に配置された第１直線ギャップ５７ａ及び第２直線ギャップ５７ｂと、左右方向Ｌ２に沿って直線状に延びると共に、第１直線ギャップ５７ａと第２直線ギャップ５７ｂとを接続する第３直線ギャップ５７ｃと、を備え、全体として平面視Ｃ形状に形成されている。
なお、第２直線ギャップ５７ｂは、第１直線ギャップ５７ａよりも後方に向かって長く形成されており、後述する第２溝部６４に接続されている。

シリコン活性層５３には、カンチレバー３５を含むようにピエゾ抵抗層６０（圧電抵抗層）が形成されている。ピエゾ抵抗層６０は、平面視で連通孔５５よりも一回り大きいサイズとなるように形成されている。これにより、ピエゾ抵抗層６０は、少なくともカンチレバー３５の全面に亘って形成されている。なお、ピエゾ抵抗層６０は、例えばリン等のドーパント（不純物）がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。

ピエゾ抵抗層６０のうちカンチレバー３５が形成された部分、すなわち、レバー本体３６及び２つのレバー支持部３７が形成された部分は、カンチレバー３５の撓み変形に応じて抵抗値が変化する変位検出抵抗６１として機能する。

シリコン活性層５３のうちピエゾ抵抗層６０を除いた領域には、例えばピエゾ抵抗層６０よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えばＡＵ等）からなる外部電極６２が形成されている。なお、ピエゾ抵抗層６０及び外部電極６２の上面に、図示しない絶縁膜を保護膜として被膜することで、外部との電気的な接触を防止することも可能である。

シリコン活性層５３には、該シリコン活性層５３を複数の領域に区画する複数の溝部が形成されている。本実施形態では、第１溝部６３及び第２溝部６４が、シリコン活性層５３の上面から絶縁層５２に達する深さで形成されている。
第１溝部６３は、シリコン活性層５３のうち第１ギャップ５６よりも前方側に位置する領域に形成されていると共に、前後方向Ｌ１に沿って直線状に延びるように形成されている。第１溝部６３は、前端部がＳＯＩ基板５０の前方側の側面に達し、且つ後端部が第１ギャップ５６に連通するように形成されている。
これにより、ピエゾ抵抗層６０及び外部電極６２のうち、第１ギャップ５６よりも前方側に位置する部分は、第１溝部６３によって左右方向Ｌ２に分断されている。

第２溝部６４は、シリコン活性層５３のうち第２ギャップ５７よりも後方側に位置する領域に形成されていると共に、前後方向Ｌ１に沿って直線状に延びるように形成されている。より具体的には、第２溝部６４は、シリコン活性層５３のうち第２ギャップ５７における第２直線ギャップ５７ｂよりも後方側に位置する領域に形成されている。第２溝部６４は、前端部が第２直線ギャップ５７ｂに連通し、且つ後端部がＳＯＩ基板５０の後方側の側面に達するように形成されている。
これにより、ピエゾ抵抗層６０及び外部電極６２のうち、第２ギャップ５７よりも後方側に位置する部分は、第２溝部６４によって左右方向Ｌ２に分断されている。

上述した第１溝部６３及び第２溝部６４によって、外部電極６２は第１外部電極６２ａ及び第２外部電極６２ｂに区画されている。従って、第１外部電極６２ａ及び第２外部電極６２ｂは、変位検出抵抗６１を経由する通電経路を除き、直接的な相互の電気的接続は切り離されている。

変位検出抵抗６１は、第１外部電極６２ａ及び第２外部電極６２ｂに対してそれぞれ電気接続されている。これにより、第１外部電極６２ａ及び第２外部電極６２ｂ間に電圧が印加されると、この電圧印加に起因する電流は第１外部電極６２ａから変位検出抵抗６１を経由して第２外部電極６２ｂに流れる。

図６に示すように検出部３０は、変位検出抵抗６１を含むホイートストンブリッジ回路７１を有する検出回路７０を備え、カンチレバー３５の撓み変形に基づいて、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧の変化に対応した検出信号Ｓ１を出力する。具体的には、検出部３０は、変位検出抵抗６１の抵抗値変化に対応したホイートストンブリッジ回路７１からの出力信号を検出信号Ｓ１として出力する。

検出回路７０は、ホイートストンブリッジ回路７１と、ホイートストンブリッジ回路７１に対して所定の基準電圧Ｖｃｃを印加する基準電圧発生回路７２と、差動増幅回路７３と、を備え、例えばセンサ基板３２の第１主面３２ａ上に実装されている（図４参照）。
ホイートストンブリッジ回路７１は、変位検出抵抗６１及び第１固定抵抗７４が直列接続された枝辺と、第２固定抵抗７５及び第３固定抵抗７６が直列接続された枝辺と、が基準電圧発生回路７２に対して並列に接続されている。

変位検出抵抗６１は、第１端が基準電圧Ｖｃｃの供給線に接続され、第２端がノードＮ１に接続されている。第１固定抵抗７４は、第１端がノードＮ１に接続され、第２端が電源線ＧＮＤに接続されている。第２固定抵抗７５は、第１端が基準電圧Ｖｃｃの供給線に接続され、第２端がノードＮ２に接続されている。第３固定抵抗７６は、第１端がノードＮ２に接続され、第２端が電源線ＧＮＤに接続されている。
なお、第１固定抵抗７４、第２固定抵抗７５及び第３固定抵抗７６は、例えばセンサ基板３２に実装された外付け抵抗とされている。

差動増幅回路７３は、例えば計測アンプであって、ノードＮ１とノードＮ２との間の電位差を所定の増幅率で増幅して検出信号Ｓ１として、処理部４０に出力する。この電位差は、ピエゾ抵抗層６０の抵抗値変化に応じた値、すなわちカンチレバー３５の変位に基づいた値となる。差動増幅回路７３は、反転入力端子（－端子）がノードＮ１に接続され、非反転入力端子（＋端子）がノードＮ２に接続されている。

なお、第１外部電極６２ａは変位検出抵抗６１の第１端として機能し、基準電圧Ｖｃｃの供給線が接続される。第２外部電極６２ｂは変位検出抵抗６１の第２端及び第１固定抵抗７４の第１端として機能し、ノードＮ１を介して差動増幅回路７３の反転入力端子（－端子）が接続される。

図１に示す処理部４０は、差動増幅回路７３から出力された検出信号Ｓ１に基づいて、液体Ｗの流動状態を検出する。検出信号Ｓ１には、既知の基準周波数（脈動ポンプ１０の回転周波数）に対応した周期で変化する液体Ｗの圧力損失の変動成分を含む信号が含まれている。本実施形態では、この信号を特定信号Ｓ２という。
これにより、処理部４０を利用して、検出信号Ｓ１から特定信号Ｓ２を抽出してモニタすることで、チューブ３内を流れる液体Ｗの流動状態を検出することができる。

処理部４０は、検出信号Ｓ１から特定信号Ｓ２を抽出するフィルタを備えている。具体的にフィルタは、検出信号Ｓ１をフィルタ処理して特定信号Ｓ２を抽出するバンドパスフィルタ４１とされている。バンドパスフィルタ４１は、既知の基準周波数である脈動ポンプ１０の回転周波数を把握しており、適切なフィルタ処理を行うことが可能とされている。
これにより、フィルタ処理後にバンドパスフィルタ４１から出力された特定信号Ｓ２をモニタすることで、液体Ｗの流動状態を検出することができる。
なお、バンドパスフィルタ４１を含む処理部４０は、例えばセンサ基板３２の第１主面３２ａ上に実装されている。ただし、図１では、処理部４０をセンサ基板３２から離れた位置に模式的に図示している。

（流動モニタリングシステム）
上述のように構成された流動モニタ２を具備する流動モニタリングシステム１について、詳細に説明する。
図１に示すように、流動モニタリングシステム１は、流動モニタ２によって検出された液体Ｗの流動状態が予め設定された設定範囲内であるか否かを判断する判断部４と、検出された流動状態が設定範囲から外れたと判断部４が判断したときに、その旨を外部に報知する報知部５と、流動モニタ２を含む各種構成品を総合的に制御する制御部７と、を備えている。

制御部７は、例えば演算処理部であるＣＰＵであって、メモリ８に予め格納されたプログラム或いはテーブル等に基づいて各種の演算処理を実行する。メモリ８は、例えばバンドパスフィルタ４１から出力された特定信号Ｓ２を記憶する機能をさらに有していると共に、液体Ｗの流動状態が正常であるか否かを判断するための判断テーブル等についても記憶する。

判断部４は、例えば制御部７を構成する一部とされ、メモリ８に記憶された判断テーブル等に基づいてバンドパスフィルタ４１から出力された特定信号Ｓ２をモニタし、液体Ｗの流動状態が予め設定された設定範囲内であるか否かを判断することが可能とされている。さらに判断部４は、液体Ｗの流動状態が設定範囲から外れたと判断した場合には、報知部５を通じてその旨を外部に報知させる。
報知部５は、例えば表示部、音声出力部、振動発生部等であって、表示、音声或いは振動等によって、外部に報知することが可能とされている。

さらに判断部４は、チューブ３内への液体Ｗの供給する制御する機能も有している。具体的には、判断部４は脈動ポンプ１０の作動を制御しており、例えば液体Ｗの流動状態が設定範囲から外れたと判断した場合に、脈動ポンプ１０の作動を停止させて液体Ｗの供給を一時的に停止させることが可能とされている。

（流動モニタ及び流動モニタリングシステムの作用）
次に、上述のように構成された流動モニタ２を含む流動モニタリングシステム１を利用して、チューブ３内を流れる液体Ｗの流動状態を検出する場合について説明する。

この場合には、図２に示すように、制御部７によって制御される脈動ポンプ１０が作動を開始し、既知の基準周波数である回転周波数で圧搾ローラ１１を回転、すなわち自転させながら公転させる。これにより、給水タンク６内から液体Ｗを吸込みながら、チューブ３の下流側に向けて、既知の基準周波数で周期的に脈動させながら液体Ｗを供給することができる。つまり、図７に示すように、液体Ｗは基準周波数で周期的に速度が変動しながらチューブ３内を流れる。

これにより、チューブ壁３ａの全体は、液体Ｗの脈動に応じて上流側から下流側に向けて波打つように膨らんで変位する。そのため、図３に示すように、第１センサ室２３は、第１チューブ壁３ｂとの間に気密が維持された状態で押し当てられているので、第１チューブ壁３ｂが液体Ｗの脈動に応じて変位したときに、該変位に対応して内圧（第１キャビティ２１の圧力）が変化する。同様に第２センサ室２４は、第２チューブ壁３ｃとの間に気密が維持された状態で押し当てられているので、第２チューブ壁３ｃが液体Ｗの脈動に応じて変位したときに、該変位に対応して内圧（第２キャビティ２２の圧力）が変化する。

これにより、第１センサ室２３の内圧及び第２センサ室２４の内圧を、既知の基準周波数に対応した周期で変化させることができる。
ただし、チューブ３を流れる液体Ｗは、上流側から下流側に向けて流れるにしたがって、主にチューブ壁３ａとの間に生じる摩擦損失によって圧力損失が生じるので、第２センサ室２４の内圧の方が第１センサ室２３の内圧よりも小さくなる。従って、圧力センサ３１を利用して、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧を検出することができる。
なお、圧力損失は、図８に示すように流速に比例するため、同じ基準周波数で周期的に変動する。

従って、図３に示すように、検出部３０によって、圧力センサ３１で検出した差圧の変化に対応した検出信号Ｓ１を出力することができる。
具体的には、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧が生じると、これに対応してカンチレバー３５が撓み変形する。これにより、カンチレバー３５の撓み量（変位量）に対応して変位検出抵抗６１の抵抗値が変化するので、図６に示すホイートストンブリッジ回路７１から出力される検出信号Ｓ１が変化する。
この際、検出信号Ｓ１には、既知の基準周波数に対応した周期で変化する圧力損失の変動成分を含む信号（特定信号Ｓ２）が含まれている。これにより、バンドパスフィルタ４１を利用して、検出信号Ｓ１をフィルタ処理して特定信号Ｓ２を抽出してモニタすることで、液体Ｗの流動状態を検出することができる。

例えば、液体Ｗの流速が遅くなった場合には、圧力損失が小さくなるため、図９に示す３０秒以降の波形のように特定信号Ｓ２の出力自体が小さくなる。すなわち、特定信号Ｓ２の振幅が小さくなる。これにより、液体Ｗの流速が遅くなったことを検出することができる。このように、流体の流動状態として流速の変化を検出することが可能である。さらには、液体Ｗの流量の変化を検出することも可能である。

さらには、チューブ３内に何等かの理由（異物の混入や泡の発生等）によって詰まり等が発生した場合には、液体Ｗの流速が顕著に小さくなるため、特定信号Ｓ２の出力（振幅）が小さくなる、或いは零に近くなる。従って、詰まりが発生した等の異常の有無についても検出することが可能となる。

このように、本実施形態の流動モニタ２によれば、チューブ３内を流れる液体Ｗの流動状態を検出することができる。そして、流動モニタリングシステム１によれば、流動モニタ２を具備しているので、液体Ｗの流動状態を常にモニタすることができ、液体Ｗを各種の用途に使用することができる。
特に、図１に示すように、判断部４が流動モニタ２から出力された特定信号Ｓ２をモニタして、液体Ｗの流動状態が予め設定された設定範囲内であるか否かを判断しているので、流動状態の異常の有無等を速やかに把握することができる。つまり、液体Ｗの流動状態が設定範囲から外れたと判断部４が判断した場合には、報知部５がその旨を外部に報知するので、チューブ３の詰まり等が生じたことを速やかに把握することができる。それに加え、この場合には、判断部４を含む制御部７が脈動ポンプ１０の作動を停止させるので、液体Ｗの供給を一時的に停止でき、不具合に対する対策を行い易い。

以上説明したように、本実施形態の流動モニタ２及び流動モニタリングシステム１によれば、チューブ３内を流れる液体Ｗの流動状態を検出することができる。
特に、第１センサ室２３及び第２センサ室２４をチューブ壁３ａ（第１チューブ壁３ｂ及び第２チューブ壁３ｃ）に押し当てることで、液体Ｗの流動状態をモニタするので、液体Ｗに対して非接触状態でモニタを行うことができる。従って、従来とは異なり、液体Ｗを汚染することがないので、チューブ３内を流れる流体を、例えば生化学反応に使用したり、生体への注入に用いたりすることが可能であり、各種の用途に幅広く用いることができる。
さらには、洗浄等の対策を行うことなく、種類の異なる液体Ｗへの切換えも可能であるので、使い易く利便性を向上することができる。

とりわけ、既知の基準数周波数で脈動する液体Ｗをチューブ３内に流してチューブ壁３ａを変位させ、圧力センサ３１を利用して第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧を検出し、差圧の変化に対応した検出信号Ｓ１（特定信号Ｓ２）に基づいて液体Ｗの流動状態を検出する構成を採用している。従って、従来にはないモニタ構成とすることができ、微小流量で流れる液体Ｗであっても、流動状態を高精度に検出することが可能となる。

さらに、バンドパスフィルタ４１を利用して検出信号Ｓ１に含まれる信号の中から、既知の基準周波数に対応した周期で変化する圧力損失の周波数成分を含む特定信号Ｓ２を狙って抽出することができる。従って、検出信号Ｓ１に含まれる余計な周波数成分を含む信号をカットすることができ、ノイズの少ない信号を得ることができる。そのため、液体Ｗの流動状態をより高精度に検出することができる。

さらに、圧力センサ３１がカンチレバー３５を利用して、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧を検出するので、該差圧が微小であったとしても、カンチレバー３５を反応良く追従させて撓み変形させることができ、流動状態を感度良く検出することができる。
特にカンチレバー３５は、図４及び図５に示すように、レバー本体３６を片持ち状態で支持するレバー支持部３７を中心に撓み変形する。そのため、変位検出抵抗６１のうち主にレバー支持部３７に形成された部分が、感度への寄与度（貢献度）が大きい応力検知部位となり、カンチレバー３５の撓み量に正確に対応して抵抗値が変化する。そのため、液体Ｗの流動状態の精度良く且つ感度良く行い易い。

さらに、図１に示すように、第１センサ室２３及び第２センサ室２４の内容積が同一であるので、チューブ３内を流れる液体Ｗの圧力損失によって、第２チューブ壁３ｃの変位が第１チューブ壁３ｂの変位よりも小さいことに対応して、第２センサ室２４の内圧を第１センサ室２３の内圧よりも確実に小さくすることができる。従って、圧力センサ３１を利用して、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧の変化を確実に検出することができる。
さらに、第１センサ室２３及び第２センサ室２４の内容積を同一に形成することができるので、センサ筐体２０を容易に形成し易く、構成の簡略化を図ることができる。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態では、第１センサ室２３の内容積と第２センサ室２４の内容積とを同一とした場合を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではない。
例えば図１０に示すように、第１センサ室２３の内容積が第２センサ室２４の内容積とは異なるようにセンサ筐体２０を構成しても構わない。この場合には、第１センサ室２３の内容積と第２センサ室２４の内容積との比率が、第１チューブ壁３ｂの変位と第２チューブ壁３ｃの変位との比率に対して異なる比率とすれば良い。なお、図１０では、給水タンク６の図示を省略している。

この場合であっても、チューブ３内を流れる流体の圧力損失によって、第２チューブ壁３ｃの変位が第１チューブ壁３ｂの変位よりも小さいことに対応して、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との間に差圧を確実に生じさせることができる。従って、第１実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。
特に、第１センサ室２３及び第２センサ室２４の内容積の比率を調整することで、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧をより大きくさせることもできるので、差圧の変化を感度良く検出することが可能である。

具体的には、図１０に示すように、第１センサ室２３の内容積を第２センサ室２４の内容積よりも小さく形成（すなわち、第１キャビティ２１を第２キャビティ２２よりも小さく形成）することで、第１チューブ壁３ｂの変位に応じて第１センサ室２３の内圧をより大きく変化させることがき、且つ第２チューブ壁３ｃの変位に応じて第２センサ室２４の内圧をより小さく変化させることができる。これにより、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧の変化をさらに大きくさせることができる。

なお、図１０に示すように、第１センサ室２３の内容積と第２センサ室２４の内容積とが異なるようにセンサ筐体２０を構成することに関しては、後述する第２実施形態及び第３実施形態に適用しても構わない。

（第２実施形態）
次に、本開示に係る流動モニタ及び流動モニタリングシステムの第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態の流動モニタ８０は、第１センサ室２３よりも上流側であって、且つ脈動ポンプ１０よりも下流側に配置され、チューブ壁３ａを一定の周期で加圧する加圧部８１を備えている。加圧部８１は、偏心軸Ｏ１回りに回転可能に配置され、チューブ壁３ａを一定の周期で押潰すように加圧する偏心カム８２と、偏心カム８２を偏心軸Ｏ１回りに回転させる駆動モータ８３と、を備えている。なお、図１１では給水タンク６の図示を省略している。

偏心カム８２は、一定の厚みを有する円板状に形成され、該偏心カム８２の中心から偏心した位置に設けられた偏心軸Ｏ１回りに回転可能とされている。偏心カム８２は、偏心軸Ｏ１回りの回転によって、外周面８２ａがチューブ壁３ａを押潰すように加圧する加圧状態と、外周面８２ａがチューブ壁３ａから離間して、チューブ壁３ａの加圧を解除する非加圧状態とが、一定の周期で切り換わるように構成されている。

駆動モータ８３は、モータ制御部８４によって作動が制御されるモータであって、偏心カム８２を脈動ポンプ１０の回転周波数（すなわち既知の基準周波数）とは異なる既知の特定周波数で回転させる。これにより、特定周波数の周波数成分を含むように液体Ｗを脈動させることが可能となる。
モータ制御部８４は、制御部７によって作動が制御されている。さらに、モータ制御部８４は、既知の基準周波数である脈動ポンプ１０の回転周波数、及び加圧部８１における特定周波数を把握しており、任意に選択したいずれかの周波数をバンドパスフィルタ４１に付与する機能も有している。

本実施形態のバンドパスフィルタ４１は、検出回路７０から出力された検出信号Ｓ１から、任意に選択した１つの周波数の周波数成分を含む特定信号Ｓ２を抽出することが可能とされている。具体的には、バンドパスフィルタ４１は、モータ制御部８４によって選択された周波数で検出信号Ｓ１をフィルタ処理することで、特定信号Ｓ２を抽出するように構成されている。

（流動モニタ及び流動モニタリングシステムの作用）
上述のように構成された本実施形態の流動モニタ８０及び流動モニタリングシステム１であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。
それに加え、本実施形態では、加圧部８１を利用してチューブ壁３ａを一定の周期で加圧することができ、基準周波数に対応した周期だけでなく、基準周波数とは異なる特定周波数を含むように液体Ｗを脈動させることができる。

そして、バンドパスフィルタ４１を利用して、検出回路７０から出力された検出信号Ｓ１に含まれる信号の中から、任意に選択した１つの周波数（すなわち、基準周波数又は特定周波数）に対応した周期で変化する圧力損失の周波数成分を含む特定信号Ｓ２を狙って抽出することができる。これにより、検出信号Ｓ１に含まれる余計な周波数成分を含む信号をカットすることができ、ノイズの少ない信号を得ることができる。そのため、液体Ｗの流動状態をより高精度に検出することができる。
特に、任意に選択した１つの周波数の周波数成分を含む特定信号Ｓ２だけを狙って抽出することができるので、検出信号Ｓ１に含まれる信号の中から、ノイズが最も少ない信号を抽出することができる。従って、例えば環境ノイズが既知の基準周波数に近い周波数を有していた場合であっても、特定周波数を選択することで、環境ノイズの影響を受けることなく、液体Ｗの流動状態を高精度に検出するといった使い方を行える。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、バンドパスフィルタ４１を用いた場合を例に挙げて説明したが、フィルタとしては、バンドパスフィルタ４１に限定されるものではなく、バンドパスフィルタ４１に代えてロックインアンプとしても構わない。
この場合であっても、第２実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。特に、ロックインアンプを利用する場合には、検出信号Ｓ１に含まれる信号の中から、任意に選択した周波数にピンポイントで一致する周波数の周波数成分だけを抽出することができる。従って、例えばノイズが最も少ない信号を精度良く抽出し易いうえ、抽出した信号を増幅させる処理等も可能である。従って、液体Ｗの流動状態をさらに高精度に検出することができる。

このように、本開示におけるフィルタとしては、検出信号Ｓ１をフィルタ処理することができれば良く、ロックインアンプ等のようなハードウェアによるメカニカルフィルタであっても構わないし、バンドパスフィルタ等のようなソフトウェアによるフィルタ回路（電子回路）等、幅広く適用することができる。
従って、バンドパスフィルタ４１に代えて、ロックインアンプのような他のフィルタを、第１実施形態や後述する第３実施形態に適用しても構わない。

（第２実施形態の変形例）
さらに上記第２実施形態において、加圧部８１を利用して、複数の異なる特定周波数の周波数成分を含むように液体Ｗを脈動させても構わない。
例えば図１２に示すように、加圧部８１は、偏心カム８２よりも上流側に配置された加圧プレート８５をさらに備えている。なお、図１２では給水タンク６の図示を省略している。
なお、加圧プレート８５は、偏心カム８２よりも上流側に配置される場合に限定されるものではなく、偏心カム８２よりも下流側であって、且つ第１センサ室２３よりも上流側に配置されていても構わない。

加圧プレート８５は、一定の厚みを有する円板状に形成されたプレート本体８６と、プレート本体８６の外縁部からさらに外方に突出すると共に、プレート本体８６の周方向に等間隔をあけて配置された複数の加圧片８７とを備え、プレート本体８６の中心を貫く回転軸Ｏ２回りに回転可能とされている。
加圧片８７は、周方向に沿って延びるように形成され、外周面８７ａを利用してチューブ壁３ａを押潰すように加圧することが可能とされている。なお、図示の例では、加圧プレート８５は、３つの加圧片８７を有しているが、加圧片８７の数は３つに限定されるものではなく、適宜変更して構わない。

このように構成された加圧プレート８５は、駆動モータ８３によって回転軸Ｏ２回りを回転することで、加圧片８７の外周面８７ａがチューブ壁３ａを押潰すように加圧する加圧状態と、外周面８７ａがチューブ壁３ａから離間して、チューブ壁３ａの加圧を解除する非加圧状態とが、一定の周期で切り換わるように構成されている。

本実施形態の駆動モータ８３は、偏心カム８２及び加圧プレート８５を互いに異なる２つの特定周波数で回転させる。具体的には、駆動モータ８３は、偏心カム８２を第１特定周波数で回転させ、加圧プレート８５を第２特定周波数で回転させる。なお、第１特定周波数及び第２特定周波数は、いずれも脈動ポンプ１０の回転周波数（すなわち既知の基準周波数）とは異なる。
これにより、第１特定周波数及び第２特定周波数の周波数成分を含むように液体Ｗを脈動させることが可能となる。

モータ制御部８４は、既知の基準周波数である脈動ポンプ１０の回転周波数、偏心カム８２を駆動する際の第１特定周波数、及び加圧プレート８５を駆動する際の第２特定周波数を把握しており、任意に選択したいずれかの周波数をバンドパスフィルタ４１に付与する。

このように構成された流動モニタ８０の場合には、第２実施形態と同様の作用効果を奏功することができることに加え、任意に選択することができる周波数の選択肢を増やすことができる。従って、例えば環境ノイズが偶然にも偏心カム８２を駆動する際の第１特定周波数に近い周波数を有している場合であっても、フィルタ処理によってカットすることができる。従って、液体Ｗの流動状態をさらに高精度に検出することができる。

なお、図１２では、加圧部８１が偏心カム８２及び加圧プレート８５を利用して、チューブ３を２箇所で加圧する場合を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、３箇所以上で加圧することで、３つ以上の異なる特定周波数の周波数成分を含むように液体Ｗを脈動させても構わない。

（第３実施形態）
次に、本開示に係る流動モニタ及び流動モニタリングシステムの第３実施形態について図面を参照して説明する。なお、第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図１３に示すように、本実施形態の流動モニタ９０は、チューブ３のうち第１センサ室２３と第２センサ室２４との間に位置する部分に、第１センサ室２３側における液体Ｗの圧力よりも、第２センサ室２４側における液体Ｗの圧力を低下させる圧力損失増大部が設けられている。具体的には、圧力損失増大部は、チューブ３の流路径（断面積）を狭める狭窄部９１とされている。
なお、図１３では給水タンク６の図示を省略している。

（流動モニタ及び流動モニタリングシステムの作用）
このように構成された本実施形態の流動モニタ９０及び流動モニタリングシステム１であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。
それに加え、チューブ３内を流れる液体Ｗが上流側から下流側に向けて流れるにしたがって、チューブ壁３ａとの間に生じる摩擦損失によってエネルギーを失うだけでなく、狭窄部９１によって圧力がさらに低下する。つまり、狭窄部９１によってチューブ３の断面積を狭めることができるので、流路抵抗を増大させることができ、圧力を低下させることができる。従って、上流側と下流側とで液体Ｗの圧力損失を意図的に大きくすることができる。

従って、カンチレバー３５を具備する圧力センサ３１を利用して、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧の変化を感度良く検出し易い。そのため、高いＳ／Ｎ比での検出信号Ｓ１を出力することができ、液体Ｗの流動状態をさらに精度良く検出することができる。
さらに、チューブ３の断面積を意図的に狭めるだけの簡便な構成で済むので構成の簡略化を図ることができるうえ、断面積を任意に変更することで、圧力損失の調整を行うことが可能である。

（第３実施形態の変形例）
上記第３実施形態では、圧力損失増大部として狭窄部９１を例に挙げて説明したが、圧力損失を意図的に増大させることができれば良く、狭窄部９１に限定されるものではない。例えば、図１４に示すように、チューブ３のうち第１センサ室２３と第２センサ室２４との間に位置する部分をＵ字状に湾曲させた変向部（Ｕターン部）９２を設け、第１センサ室２３から第２センサ室２４に達するまでの液体Ｗの流れの向きを変えることで、液体Ｗの流動距離を増大させても構わない。従って、変向部９２が圧力損失増大部として機能する。
なお、本実施形態のセンサ筐体２０は、チューブ３に設けられた変向部９２に対応して、第１センサ室２３と第２センサ室２４とが直列に接続されるように形成されている。なお、図１４では給水タンク６の図示を省略している。

このように構成された流動モニタ９０の場合には、変向部９２を液体Ｗが通過するときに流路抵抗を増大させることができると共に、第１センサ室２３から第２センサ室２４に至るまでの流路長を確保することができる。従って、上流側と下流側とで流体の圧力損失を意図的に大きくすることができるので、第３実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。
特に、液体Ｗの流れの向きを変えるだけの簡便な構成で済むので構成の簡略化を図ることができるうえ、流れの向きを任意に変更することで、圧力損失の調整を行うことが可能である。

なお、変向部９２は、チューブ３をＵ字状に湾曲させる場合に限定されるものではなく、例えば９０度に近い角度で急峻にチューブ３を屈曲させることで構成しても構わないし、波型状（ジグザグ状）にチューブ３を連続的に湾曲させることで構成しても構わない。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形例には、例えば当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものなどが含まれる。

上記各実施形態では、圧力センサ３１の一例として、カンチレバー３５を利用したセンサを例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、第１センサ室２３の内圧と第２センサ室２４の内圧との差圧を検出できれば、その他の構造を採用しても構わない。

また、上記各実施形態では、ホイートストンブリッジ回路７１を利用して、変位検出抵抗６１の抵抗値変化を検出したが、この場合に限定されるものではない。変位検出抵抗６１の抵抗値変化を検出できれば、検出回路７０をどのように構成しても構わない。

また、上記各実施形態では、脈動ポンプ１０を利用して液体Ｗをチューブ３内に供給したが、脈動ポンプ１０に限定されるものではない。既知の基準周波数で脈動するように液体Ｗを供給することができれば、他の構成を採用しても構わない。

また、上記第２実施形態では、偏心カム８２や加圧プレート８５を利用してチューブ３を加圧したが、一定の周期でチューブ３を加圧して液体Ｗを脈動させることができれば、他の構成を採用しても構わない。例えば、ピストン機構等を利用して、チューブ３を一定の周期で加圧しても構わない。

Ｗ…液体（流体）
１…流動モニタリングシステム
２、８０、９０…流動モニタ
３…チューブ（流路）
３ａ…チューブ壁（流壁）
４…判断部
５…報知部
７…制御部
１０…脈動ポンプ（供給部）
２３…第１センサ室
２４…第２センサ室
３０…検出部
３１…圧力センサ
３５…カンチレバー
４０…処理部
４１…バンドパスフィルタ（フィルタ）
６１…変位検出抵抗
７０…検出回路
８１…加圧部
９１…狭窄部（圧力損失増大部）
９２…変向部（圧力損失増大部）

Claims (14)

1. 既知の基準周波数で脈動する流体が内部を流れ、前記流体の脈動に応じて変位する流壁を有する流路と、
   前記流壁との間に気密を維持した状態で前記流壁に押し当てられ、前記流壁の変位に対応して内圧が変化する第１センサ室と、
   前記第１センサ室よりも前記流体の下流側に配置されると共に、前記流壁との間に気密を維持した状態で前記流壁に押し当てられ、前記流壁の変位に対応して内圧が変化する第２センサ室と、
   前記第１センサ室の内圧と前記第２センサ室の内圧との差圧を検出する圧力センサを有し、検出した差圧の変化に対応した検出信号を出力する検出部と、
   前記検出信号に基づいて前記流体の流動状態を検出する処理部と、を備えていることを特徴とする流動モニタ。
2. 請求項１に記載の流動モニタにおいて、
   前記処理部は、前記検出信号から前記基準周波数に対応した周波数成分を含む特定信号を抽出するフィルタを備え、前記特定信号に基づいて前記流体の流動状態を検出する、流動モニタ。
3. 請求項１に記載の流動モニタにおいて、
   前記第１センサ室よりも前記流体の上流側に配置され、前記流壁を一定の周期で加圧することで、前記基準周波数とは異なる既知の特定周波数の周波数成分を含むように前記流体を脈動させる加圧部を備え、
   前記処理部は、前記検出信号から任意に選択した１つの周波数の周波数成分を含む特定信号を抽出するフィルタを備え、前記特定信号に基づいて前記流体の流動状態を検出する、流動モニタ。
4. 請求項３に記載の流動モニタにおいて、
   前記加圧部は、前記流壁を互いに異なる周期で加圧することで、複数の異なる前記特定周波数の周波数成分を含むように前記流体を脈動させる、流動モニタ。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載の流動モニタにおいて、
   前記フィルタは、ロックインアンプである、流動モニタ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の流動モニタにおいて、
   前記流路のうち前記第１センサ室と前記第２センサ室との間に位置する部分には、前記第１センサ室側における前記流体の圧力よりも、前記第２センサ室側における前記流体の圧力を低下させる圧力損失増大部が設けられている、流動モニタ。
7. 請求項６に記載の流動モニタにおいて、
   前記圧力損失増大部は、前記流路の流路径を狭める狭窄部である、流動モニタ。
8. 請求項６に記載の流動モニタにおいて、
   前記圧力損失増大部は、前記第１センサ室から前記第２センサ室に達するまでの前記流体の流れの向きを変えることで、前記流体の流動距離を増大させる変向部である、流動モニタ。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の流動モニタにおいて、
   前記流体を既知の基準周波数で脈動させながら前記流路内に供給する供給部を備えている、流動モニタ。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の流動モニタにおいて、
    前記第１センサ室の内容積は、前記第２センサ室の内容積と同一とされている、流動モニタ。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載の流動モニタにおいて、
    前記第１センサ室の内容積は、前記第２センサ室の内容積と異なり、
    前記第１センサ室の内容積と前記第２センサ室の内容積との比率は、前記第１センサ室が押し当てられている前記流壁の変位と、前記第２センサ室が押し当てられている前記流壁の変位との比率とは異なる比率とされている、流動モニタ。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の流動モニタにおいて、
    前記圧力センサは、前記第１センサ室の内圧と前記第２センサ室の内圧との差圧に応じて撓み変形するカンチレバーを備え、
    前記検出部は、前記カンチレバーの撓み変形に応じて抵抗値が変化する変位検出抵抗を含む検出回路を有し、前記変位検出抵抗の抵抗値変化に対応した前記検出回路からの出力信号を前記検出信号として出力する、流動モニタ。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の流動モニタと、
    検出された流動状態が予め設定された設定範囲内であるか否かを判断する判断部と、
    検出された流動状態が前記設定範囲から外れたと前記判断部が判断したときに、その旨を外部に報知する報知部と、を備えていることを特徴とする流動モニタリングシステム。
14. 請求項１３に記載の流動モニタリングシステムにおいて、
    前記判断部は、判断結果に基づいて前記流路内への前記流体の供給を制御する、流動モニタリングシステム。

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