マイクロマシニングによる超微量液体用の光学式密度計の開発

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04555058
• Research Institution: GIFU NATIONAL COLLEGE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 稲葉 成基 岐阜工業高等専門学校, 電機工学科, 助教授 (30110183)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 羽根 一博 東北大学, 工学部, 教授 (50164893)
• Keywords: 光熱効果 / 光熱振動 / マイクロマシニング / 密度計 / 光ファイバー / ファイバセンサ

Research Abstract

本研究ではマイクロマシニングによりSiO_2の超小形の片持ち梁を製作し、これを液体中で半導体レーザを用いた光熱効果により振動させる。片持ち梁の共振周波数は液体の密度によって変化するので、振動を別のレーザを用いて光学的に検出し、共振周波数によって密度を決定する。
平成5年度までの基礎的な研究により、密度および粘度を本手法により光学式に測定できることが明らかになり、理論的にも検証されたので、最終年度は実用的な観点にたって以下のような研究を行った。
1.マイクロマシニングにより製作された超小型の片持ち梁振動子を用い、液体の密度を測定した。理論値との一致はよいものの、超小型の振動子に赤外レーザ光を液体中で照射することはかなり困難であり、実用的な観点からは問題が残った。
2.光ファイバーを用いたシステムについて検討し、ファイバーの先端そのものを加工し、超小型の片持ち梁を製作することによって、光学的結合の簡素化・効率化をはかった。実験を行った結果かなり実用的なシステムであることが判明した。
本システムは液体の密度計だけではなく、液体の粘度計、気体の圧力計、および温度計としても対応できるものと考えられる。
振動の検出もファイバーを用いてできる光学系を構築できれば、血管用カテーテルなどにも使用できるものと思われる。

Research Products

• [Publications] S.Inaba: "Photothermal vibration for a membrane in water" J.APPl.Phys.71. 3631-3632 (1992)
• [Publications] S.Inaba: "Pressure dependence of the resonanee freguency for a photo‐thermal vibration of a thin circular glass plate in vacuum" Vacuum. 43. 291-292 (1992)
• [Publications] S.Inaba: "Optical sensing for pressure in medium vacuum resion by using the drum effect" Appl.Opt.31. 2967-2970 (1992)
• [Publications] K.Hane: "Freguency shift of the micromachined resonator excited photother mally in Vacuum" Rev.Sci.Inserum. 69. 3781-3782 (1992)
• [Publications] S.Inaba: "Liguid density sensing by using a photothermal vibracion" Sonsors&Aotnators A. 33. 163-166 (1992)
• [Publications] S.Inaba: "Application of a photothermal vibration to a didphragm manometor for modium vacuum region" Jpn.J.Appl.Phys.31. 2644-2645 (1992)
• [Publications] S.Inaba: "Dependence of resonance fregnency of a membrane vibrated photothermally on pressure and geometry in a low vacuum resion" Jpn.J.Appl.Phys.32. 1001-1004 (1993)
• [Publications] S.Inaba: "Analysis on the resonance characteristics for a cantilever vibrated photothermally in liguid" J.Appl.Phys.73. 2654-2657 (1993)
• [Publications] S.Inaba: "Photothermal vibration for a cantilevor placed neara planer wall in low‐vacuum region" Vacuum. 44. 599-601 (1993)
• [Publications] S.Inaba: "Miniature actuator driren photothermally using a shape‐memory alloy" Rev.Sci.lnstrum. 64. 1633-1635 (1993)
• [Publications] 稲葉成基: "光熱振動における共振の鋭さQの圧力依存性" 真空. 36. 316-318 (1993)
• [Publications] 稲葉成基: "光学式アクチュエータのための形状記憶合金の真空中光熱変位" 真空. 37. 282-284 (1994)
• [Publications] S.Inaba: "Tempevature dependence of resonance freguency of shape‐memory alloy vibrated Photothermally" Jpn.J.Appl.Phys.33. 5064-5066 (1994)
• [Publications] 熊崎裕教: "光ファイバのコアの光熱振動を利用した圧力センサー" 真空. 38(印刷中). (1995)
• [Publications] S.Inaba: "Photothermal vibration of fiber core for vibration‐type sensor" Jpn.J.Appl.Phys.34(印刷中). (1995)