小型で非接触・非接液測定と微小流量、高粘度流体の計測を実現する 「光学式流量計測用モジュール」を開発
モジュール化により、導入や設計自由度、コスト低減に貢献
京セラ株式会社（社長：谷本 秀夫、以下：京セラ）は、レーザードップラー方式を採用した小型の光学式流量計測用モジュールを開発し、本年10月よりサンプル出荷を開始しますのでお知らせします。なお、流量計測向けにモジュール化した製品を販売するのは、本製品が世界で初めて※1となります。 ※1 2020年9月25日現在 京セラ調べ
「光学式流量計測用モジュール」（サイズ：40×8mm）
■開発の背景
流量計とは、液体やガスの排出を監視、測定、記録するためのデバイスです。現在、多くの製造現場などにおいて、品質管理や生産性を向上させるために、さまざまな方式の流量計が使われています。しかし、従来の液体に接触する流量計では、化学薬品や血液など、汚染が許されない現場での使用が困難という課題もありました。
本モジュールは、光学式を採用したことにより、これまで困難とされていた液体についても測定を可能とします。また、レンズなどの光学部品を削減し、シンプルな構造を採用したことで、高度な光学設計のノウハウを必要とせず、比較的簡単に装置へ組み込むことができるため、導入費用の低減に貢献します。さらに、モジュールを小型化したことで、これまで大型流量計では設置が困難であったさまざまな機器や、チューブ配管が密集した場所での設置を可能としました。
当社は、本モジュールの開発、市場投入により、流量計測器の導入時の設置コスト低減や設計自由度向上へ貢献し、今後、原料製造、医薬品製造、飲料製造、医療業界ほか、多くの製造現場などの幅広い分野で市場開拓を強化してまいります。
■レーザードップラー方式を採用した光学式流量計測の仕組み
チューブを流れる液体にレーザーを照射し、光が液体内を移動する粒子に当たることで生じる反射波の周波数変化（ドップラー効果）から、液体の流量を計測する方式です。
反射光の周波数が移動する粒子の速度に応じて変化するので、反射光を受光素子で電気信号へ変換し、演算処理することで、流量を計測できます。また、光学式なので、流体の粘度も関係なく測定ができます。
■レーザードップラー方式を採用した光学式流量計測用モジュールの特長
１）光学式流量計測用モジュールの小型化
搭載する光学式センサデバイスは、業界最小サイズ※2（3.2×1.6×0.9mm、重さ約0.02g）です。このセンサデバイスを当社が有するセラミックパッケージの加工技術と光学シミュレーションによる設計最適化により、小型モジュール化を実現しました。
※2 2020年9月25日 京セラ調べ
２）非接触、非接液測定が可能
レーザードップラー方式の採用で、チューブに触れない「非接触」計測や、センサをじかに液体に触れさせない「非接液」計測が可能です。そのため、汚染リスクが少なく、衛生面に優れているので、非接触測定が求められるような医療機器での流量管理が可能となります。計測はレーザーを当てるだけのため、細いチューブやマイクロTASなど、従来非接触測定が難しかった微細流路における流量測定への応用が期待されます。
３）微少流量対応
当社独自に演算アルゴリズムを開発し、1mL/min以下の微少流量から1L/min程度の大流量まで、幅広い流量域での測定を実現※3。
※3 弊社測定環境における、標準流体使用時の実績です。測定対象の液体や環境に応じて測定可能流量域は変動します。
４）高粘度流体対応
光学式を採用しているため、従来では測定が難しかった高粘度の流体においても測定可能です。
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