JPH0337702B2

JPH0337702B2 -

Info

Publication number: JPH0337702B2
Application number: JP58501968A
Authority: JP
Inventors: Pureben Bujabe; Jon Kunusuten; Peetaa Emiru Shatsuku Orudau
Original assignee: DANTETSUKU EREKUTORONITSUKU MEDEISHINSUKU O UIDENSUKABERIITO MORYUUDOSUTORI AS
Current assignee: DANTETSUKU EREKUTORONITSUKU MEDEISHINSUKU O UIDENSUKABERIITO MORYUUDOSUTORI AS
Priority date: 1983-05-18
Filing date: 1983-05-18
Publication date: 1991-06-06
Also published as: WO1984004592A1; ATE29071T1; EP0144310B1; JPS61501586A; NO850208L; FI850245A0; FI81449B; NO164441C; FI850245L; US4701051A; DE3373144D1; EP0144310A1; NO164441B; FI81449C

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、二本の空間的に分離されたレーザビ
ームを発生するためのレーザビーム発生器、ピン
ト合せされたビームが液体流の一部を通過する測
定空間中の交差点において所定の角度で互いに交
差するよう、レーザビームをピント合せするため
のピント合せ手段、測定空間外の空間的に異なつ
た位置において、液体流中を運動する粒子によつ
て生じる散乱光を検知しそれに応答して電気信号
を発生する光電検知手段、及び上記電気信号を基
に粒子の寸法を検知するための信号処理手段、か
ら成る液体流中を運動する球状粒子の寸法を検知
するためのレーザドツプラー装置に関するもので
ある。

例えば、レーザ光を用いて液体流中を運動する
粒子の大きさを検知するための光学測定方法にお
いては、小容積の空間中の測定媒体と物理的干渉
無しで行うことができるが、測定空間は液体流又
はその一部が通過しかつ一方では二本の入射レー
ザビームの交差によりまた他方では光学検知器の
視野中の位置によつて画成される。更に、その計
測は高いデータ収集率でかつ液体流中を運動する
極小の要素の大きさ及び速度についての同時情報
を得る可能性を有してリアルタイムで行うことが
できる。

上記極小要素は気体中の固体、小滴又は液体中
の気泡の形態であり得、かつ以下においては三種
類全てを“粒子”の呼称に含まれるものと考える
こととする。

粒子の大きさを光学的に検出するのに用いられ
ていたこれまでの方法は、主に測定空間中を通過
する粒子からの散乱光の強さを測定することに基
くものであつた。しかしながら、小さな粒子から
の散乱光の空間関数（spatial function）は入射
光の方向に対する散乱光の方向、光の偏光の方向
及び粒子の大きさ、形状及び材質についての複雑
な関数である。

この複雑さを緩和するため、入射光に対して直
角方向の空間中で全体の強度を測定するか又は二
つ以上の方向で同時に散乱光の強度を測ることが
示唆されてきた。

更に、いわゆるレーザ−ドツプラー信号の異な
つた特性の検知に基く光学的粒子寸法計測のため
の測定方法が知られている。この様に、流動する
媒体中の粒子の速度を測定するため、移動する粒
子からの散乱レーザ光の周波数のドツプラー変位
を測ることは良く知られている。一般に、流速の
測定のためのこの原理は測定空間中での所定の角
度での互いに交差する二本の異つたレーザビーム
からの散乱光のドツプラー変位間の計測を行うこ
とに基いており、散乱光の二本のビームは光検知
器の表面に同時にかつ重なり合うように当てられ
る。それによつて、二つのドツプラー変位した光
の周波数間の周波数差が生じ、かつこの周波数差
は入射ビーム平面内における二本の入射ビームの
二等分線に直角を成す速度成分に比例する。

周波数に関連した運動粒子の速度についての情
報に加えて、ドツプラー信号はその大きな粒子の
他の特性を包含しており、そのためドツプラー信
号から運動する粒子の大きさについての情報を引
き出す異なつた方法もまた既に示唆されている。
この様に比較的単純な従来の方法は低減ろ波され
たドツプラー信号の振巾を測ることに基いてい
る。

1972年11月のアプライドオプテイツクス
（Applied Optics）第11巻、第2603〜2612頁のW.
M.フアーマーの論文“レーザインタフエロメー
タを用いた粒子の大きさ、数密度及び速度の測
定”から、測定されたドツプラー信号の変調深度
が入射ビーム間の交差区域中の平行な干渉面間の
距離に対する運動粒子の大きさに依存するという
事実を利用する、いわゆる目視方法は知られてい
る。この方法においては、いわゆる速度要素はド
ツプラー信号の低域ろ波された部分に対する高域
ろ波された部分の比として決定される。しかしな
がら、上述の論文中で説明されているようなその
元の形態においては、この測定方法は主に二本の
入射ビーム間の二等分平面内での回折により生じ
る散乱光に限定されていた。

この論理的基礎のその後の発展により、散乱光
が主に小滴中の回折又はその面からの回折によつ
て生じる部分である二等分平面に対して角度を成
す方向で、気体中の球状小滴からの散乱光を計測
するためのUS−Ａ−4329054から知られる装置が
生じた。

この論理的基礎の他の発展において、Durst及
びM.Zare′によつて公刊された講義、即ち1975コ
ペンハーゲンでのLDAシンポジユームの会報の
第403〜429頁の“２相流中でのレーザドツプラー
測定”で、気体流中の小滴からのドツプラー信号
が検知器の方向及びその孔（アパーチヤー）と共
に、小滴の半径によつて決まる位相項
（phaseterm）を包含するであろうということが
開示されている。

Franz Durstによるその後の理論的及び実験的
仕事、即ち1982年９月ASMEの会報第104巻、第
284〜296頁の“論評−粒子速度、大きさ分布、及
び密度の組合せ測定”において、水中の大きな泡
又は気体中の大きな反射体で散乱されるレーザ光
の特性が説明されている。それによつて、通常の
ドツプラー流速計に用いられる二本のレーザビー
ムによつて上記体を照射することによつて、共通
の観察点に対する二本の入射ビームからの散乱光
間の位相差により上記体の回りの区域に干渉縞が
形成されることが示されており、それによつて、
二本の入射ビームの二等分線に対して前・後方向
に散乱される光間の位相差は、散開する球状体の
半径についての情報を含んでいるということが示
されている。しかしながら、それによつて発見さ
れた成果も比較的大きなもの及び前後方向に散乱
された光に対してのみ適用し得るだけである。更
に、位相情報は、実用目的のための測定機器に発
見された成果を活用する可能性を減ずるか又は完
全に阻止する不明りようさを含んでいる。

これまでに示唆された上述の方法は主に理論的
考察及びその科学的経験的実証に基くものであつ
てかつ更に干渉パターン中の光の強さの測定に基
くものであり又は最後に述べたレーザドツプラー
方法を比較的大きな粒子に限定するものでありか
つ大きさについての情報は不明りようであつたた
め、本発明の目的は、実用的な測定機器に適した
レーザドツプラー装置を設計し、それによつて粒
子の大きさについて、正にレーザ光に対する波長
に対応する程度の粒子寸法である、粒子の大きさ
が制御自在な変動範囲内にある液流中での運動粒
子の大きさについて不明りようでない情報を得る
ことができるようにすることである。

本発明によれば、レーザビーム発生器から発生
された照射ビームを２本のレーザビームに分離さ
せるビームスプリツタ、前記分離レーザビームが
液体流の通過する測定空間中で所定の角度で互い
に交差するようピント合わせするためのピント合
わせ手段、前記測定空間外の液体流中の運動粒子
によつて生じる散乱光ビームを検知し、かつそれ
に応じて電気信号を生じるための２つの測定検知
器、前記測定検知器に対するドツプラー信号間の
位相差が2πを超えるとき生じる合成位相差信号
を得るための第１位相測定装置、及び前記電気信
号に基づいて粒子寸法を検知するための粒子寸法
分析器から成ることを特徴としている。

以下において、本発明を模式的図面を参照しな
がら更に説明することとする。

第１図は、液体の流速を測るための通常のレー
ザドツプラー流速計中に用いられる様なレーザド
ツプラー装置の光学部分を示している。レーザ１
からの照射ビーム２はビームスプリツタ３中で、
同じ波長、即ち周波数であり得るか、又は例えば
一本のビーム通路中のブラグセル（Bragg−
cell）によりそれ自体公知の方法で周波数が変位
され得る二本の平行な照射ビーム４及び５に分離
される。

照射ビーム４及び５は、図中では単一のレンズ
として示されているピント合せ用光学手段６を通
過することにより、この装置の測定空間を構成す
る限定された空間区域９中にピント合わせ、即ち
互いに交差される二本の収れんする照射ビーム７
及び８に偏向される。この装置の実際の使用にお
いては、測定空間９が運動粒子を含む液流中に位
置されて、それによつてこの流れの一部を測定空
間９を通るようにするよう、その範囲構造が設計
されかつ位置決めされている。

測定空間９中においては、互いに交差する入射
レーザ７及び８は、測定空間９を通り抜ける粒子
から散乱光１１を生じ、かつ通常の流速装置にお
いて、所定の反射方向中での散乱光１１は関連し
た孔１３を有する光学検知器１２及びレンズ１４
及びピンホールのような視野限定部材１４ａを含
む検知光学手段によつて検知される。光学検知器
１２はこの装置の電気信号処理手段に接続されて
いる。

第１図に示す装置による測定原理は、二本の入
射レーザビーム７及び８によつて生じる運動粒子
からの散乱光中でのドツプラー周波数変位間の差
の計測に基づくものである。これらの二本の散乱
光ビーム１１を光検知器１２上に同時に当てるこ
とにより、散乱光ビーム１１に対する二つのドツ
プラー変位された周波数間の差の周波数が生じ、
かつこの差の周波数は二本の入射ビーム７及び８
間の二等分線に対して直角でかつこれらの照射ビ
ームの平面、即ち第１図の紙面の平面中に配置さ
れた運動粒子の速度成分に比例している。

以下でさらに詳細に説明すると、本発明は、信
号の周波数によつて与えられる運動粒子の速度に
ついての情報に加えて検知されるドツプラー信号
はまた粒子の大きさについての情報をも含んでい
るという事実の認識を基礎としている。

第１図に示す装置中の光検知器は自乗
（square）特性を有する光マルチプライアによつ
て構成することができ、検知器の出力信号を構成
する合成光電流は、ｉ（ｔ）＝∫_A｜E₁（ｔ）＋E₂（ｔ）｜d²A (1) によつて表わされ、こゝでE₁（ｔ）及びE₂（ｔ）
は第１図中の二本の入射レーザビーム７及び８の
一方及び他方によつて生じる運動粒子からの散乱
光のビームに対する光場（optical field）であ
る。この光電流は直流部分と交流部分とから成
り、その交流部分は検知器に当たるビーム場の周
波数f₁及びf₂間の差の周波数、即ちｉ（ｔ）｜E₁｜²＋｜E₂｜²＋２｜E₁
E₂｜cos（2π（f₂−f₁）ｔ）(2) を包含している。

画２図に示すベクトル図中k₁及びk₂は二本の入
射レーザビーム７及び８用の波ベクトルを示し、
角度θはこれらのビーム間の角度を示しており、
ドツプラー周波数f_Dは、 f_D＝f₂−f₁＝ｎｕ・（k₂ −k₁ ）＝（2n・u_x／λ）・sin（θ／２） (3) によつて表わされ、こゝでｕは運動粒子に対する
速度ベクトル、λはレーザ光の波長、及びu_xはビ
ーム７及び８間の二等分線に対して直角な、即
ち、第２図の空間座標系におけるｘ方向の速度ベ
クトルｕの成分である。

簡単な表現では、ドツプラー周波数f_Dは、運動
粒子がレーザビーム７及び８間の交差区域によつ
て区画形成され、かつ明暗の交互区域から成る測
定空間中に存在する一組の平行な干渉面を通過す
る結果と考えることができる。

しかしながら、この表現は粒子が小さく、その
ため干渉面の分離に対して問題にならないと考え
られる場合のみ有効である。もし粒子の大きさが
干渉面の分離に近づくと、粒子の異なつた区域か
らの散乱光が組合わさつて干渉の影響が現われ、
それがドツプラー信号の位相変位を引き起す。

この一例として、粒子の重要な状態を以下で説
明するが、こゝでは運動粒子からの散乱光は粒子
の表面の二つの点から出てくるものと考える。こ
の例は空気中の小滴又は液体中の泡の形体の球状
粒子の計測における物理的関係を説明するもので
あるが、しかし、もし散乱関係だけが知られてい
るとすると、より複雑な粒子形状に対しても簡単
に拡張し得る。

第２図の座標系において、L₁及びL₂は第１図
のビーム７及び８に対応する入射レーザビーム７
及び８に対するＸ−Ｚ面中の軸を示しており、そ
のビームはＺ軸に対して＋θ／２及び−θ／２の
角度を成る波ベクトルＫ ₁及びＫ ₂によつて表わす
ことができる。検知器に対する散乱光は波ベクト
ルＫ _Sによつて表わされ、その方向はベクトルＫ _S
に対するＹ−Ｚ面から角度φ及びＹ−Ｚ面での角
度φによつて規定される。液中の泡の測定の上述
の特定の状態においては、角度φは約98°にする
ことができる。何故なら、これらの方向に於ける
泡表面からの反射は泡を通り抜ける散乱光に比し
て支配的であるからである。

中心が第２図に示す座標軸の中心にあるものと
考えられる球状粒子の表面の反射によつて、各々
のビームL₁及びL₂はベクトルＫ _Sの方向に散乱光
を生じる。

ベクトルＫ ₁及びＫ ₂に対応する方向を有する入
射ビームに対して、ベクトルＫ _Sに対応する方向
の散乱光を生じる反射点の入射角度i₁及びi₂、即
ち反射点に対する球座標中の半径ベクトルと問題
の入射光間の角度は、 cos i₁＝K_S・（K_S−K₁）／｜K_S｜｜K_S−K₁｜ cos i₂＝K_S・（K_S−K₂）／｜K_S｜｜K_S−K₁｜こゝで図示の座標系におけるベクトルＫ ₁、Ｋ ₂
及びＫ _SはＫ ₁ ＝Ｋ（−sinθ／２，０，cosθ／２）Ｋ ₂ ＝Ｋ（sinθ／２，０，cosθ／２） K₃＝Ｋ（sin，cossinφ， −coscosφ）の座標を有し、それによつて表現の式を角₁、及
びi₂にあてはめることができる。

それぞれベクトルＫ ₁及びＫ ₂に対応する方向を
有する各々の入射光によつて生じるベクトルＫ _S
に対応する方向を有する散乱光に対しては、位相
はその際、 φ₁＝ｎ・ｕｔ・（Ｋ _S−Ｋ ₁）＋2KRn・cos i₁＋φ₀
(8) φ₂＝ｎ・ｕｔ・（Ｋ−Ｋ ₂）＋2KRn・cos i₂＋φ (9) こゝでφ₀は運動粒子の中心を通る平面、即ち
第２図のＸ−Ｚ面中の入射光によつて生じる散乱
光に対する位相である。

ベクトルＫ _Sの方向での離れた場に配置された
検知器により検知することにより、ドツプラー周
波数はベクトルK₁及びK₂に対応する方向を有す
る入射光によつて生じる二本の散乱光間の周波数
の差として示される。このドツプラー信号は位相 φ＝φ₂−φ₁ ＝ｎｕｔ（Ｋ ₁−Ｋ ₂）＋2n・KR（cos i₂−cos i₁）
(10) を有している。

上述の特定の状態に対して、第３図は検知器に
対する調整角φ及びの関数としての位相φに対
する位相線図を示す。線図中の曲線は、ドツプラ
ー信号が同じ位相を有する空間位置におけるφ及
びの値を決定するための等位相線を形成する。

第４図に示すように、もし測定検知器１７，１
８及び基準検知器１９が、これらの検知器へのビ
ーム方向が入射レーザビーム１５及び１６の二等
分線に直角なビームの交差点を通る線、即ち第２
図の座標軸でのＸ軸を包含する検知平面中に在る
ように配置されているとすると、第３図中の位相
線図から、測定検知器の位置に対応した指示され
た最大粒子寸法以下の粒子寸法のあいまいな検知
に対応した測定検知器１７及び１８からの明りよ
うな合成位相差信号用の条件は、位相基準信号
φ_Rが2π／ｎよりも小さいか又はそれに等しいこ
とであるということが明らかとなろう。こゝでｎ
は基準検知器１９及びそれと協動する測定検知器
へ向うビーム方向間の角度分離α／ｎに対する測
定検知器１７及び１８へ向うビーム方向間の角度
分離αの比である。

上述の明りようさを得るため、即ち、2π以上
の位相差を表わす測定検知器１７及び１８から位
相差信号を分離するため、本発明による信号処理
手段は、第４図に示すように、これらの検知器に
よつて受信されるドツプラー信号間の位相差を検
知するため、二つの測定検知器１７及び１８に接
続された第１位相測定装置２０、及びこれらの検
知器によつて受信されるドツプラー信号間の位相
を検知するため、一方の測定検知器１７及び基準
検知器１９に接続された第２位相測定装置２１か
ら成つている。第２位相測定装置２１の出力は、
位相基準信号φ_Rが上述の条件を満足するかどう
かを検知するための確認回路２２に接続され得
る。

確認回路２２及び第１位相測定装置２０には、
上述の条件に合致した時、確認回路２２からの作
動信号に応答して、合成位相差信号φ_Mを第１位
相計測装置２０から、絶対密度、例えば最大寸法
以下の粒子の単位時間当たりの量と共に測定検知
器の所定の調整に対応して指示された最大寸法以
下の粒子寸法の分布を、検査中の液流に対して計
算し、かつ記録するよう設計された粒子寸法分析
器２４に伝送する論理回路２３が接続される。

第４図の線図中の論理回路２３と共に、位相測
定装置２０及び２１、及びそれに接続された確認
回路２２によつて測定検知器１７及び１８用にド
ツプラー信号間の2πを超える位相差によつて生
じさせる位相基準信号φ_Rによつて確認回路２２
中で検知される任意の合成位相差信号は分離され
る。既に述べたように、2πを超える位相差を検
知する理由は、測定検知器１７及び１８間の角度
分離αの実際の調整に対応する指示された最大粒
子寸法を超える粒子からの散乱光にある。しかし
ながら、2πを超える位相差はまた球形から本質
的にずれた形状を有する粒子からの散乱光によつ
ても生じ得る。実際にこの状態は、もしそれぞれ
小滴及び泡の形体の球状粒子を気体中又は液流中
で検査する際に、変形した固体粒子も存在してい
れば生じ得る。

本発明の特徴によれば、検査中の液流中に固体
粒子が存在していることに関する情報を得る目的
のため測定検知器１７及び１８へのドツプラー信
号間で2πを超える位相差に対する上述の二つの
理由を識別するため、測定検知器の一つ、例えば
測定検知器１７と同じ位相を有するドツプラー信
号を、球状粒子に対して受信する空間位置に調整
される別の基準検知器２５が使用され得る。第３
図の位相線図においては、これは検知器１７に対
するドツプラー信号と同じ等位相線上で、検知器
２５に対するドツプラー信号の位置に対応してい
る。

検知器２５からの信号は測定装置１７から第３
位相測定装置２７への信号と共に供給されて位相
比較信号φ_Cを生じる。この位相比較信号は合成
位相０を有する、即ち球状粒子によつて発生され
る位相比較信号φ_Cを分離する確認回路２８に供
給される。非球状粒子の検知に応答して条件φ_C
＝０をこの様にして満たす確認回路２８からの出
力信号は、検査中の液流中に上記固体粒子が含ま
れていることに関する情報を得るため、粒子寸法
分析器２４に供給される。

分析器２４中で粒子の量的分析を行うために
は、粒子寸法及び粒子分布についてのデータ集収
に加えて、検査中の液流の速度についての情報が
必要である。この速度情報は、速度情報がそこか
ら粒子寸法分析器２４に供給されるドツプラー周
波数分析器２９が検知器の一つ、例えば測定検知
器１８に接続されている公知の方法により得られ
る。

第５図においては、本発明によるレーザドツプ
ラー装置の可能な実施例が示されている。

安定した光学ベンチ３０上には、レーザ３１、
ビームスプリツタ３２及びピント合せ用前方レン
ズ３５を有するピント合せユニツト３３が配置さ
れており、それによつて、レーザビーム３６及び
３７は、検査液流及びそれによつて運ばれる運動
粒子４０が通るパルプライン３９中の測定空間中
で互いに交差される。ピント合せされたレーザビ
ーム３６及び３７間の交差角を制御し、それによ
つて測定空間体積及び粒子寸法に対する実際のば
らつき範囲を調整するため調節部材はビームスプ
リツタを離れる平行な部分ビームの分離を制御す
るため、それ自身公知の方法によりビームスプリ
ツタ３２と協働し得る。

二つの測定検知器４１及び４２及び基準検知器
４３用のホルダは、光学ベンチ３０上で変位自在
な二本の柱４４及び４５、及びそれぞれ検知器４
１，４２及び４３用の取付板４６，４７及び４８
から成つており、上記取付板は、光学ベンチ３０
と直角な方向で、即ちレーザビーム３６及び３７
の二等分線に平行な方向で個々に変位自在なよう
に柱４４及び４５に連結されている。

各々の取付板４６，４７及び４８において、実
際の検知器は更に柱４４及び４５に対して直角、
即ちビーム３６及び３７の二等分線に直角に横方
向に変位自在となるように配置されている。

第５図に示す検知器４１〜４３の基本構成は第
４図の線図において、ビーム３６及び３７を包含
するピント合せ面に直角でかつビームの二等分線
中の後者の面に交差する、即ち第２図のＹ−Ｚ面
に対応する面での検知器の配置に対応している。

調節は、基準検知器４３を取付板４８上の基本
位置に保持した状態で、測定検知器４１をその基
本位置に対して一側に配置し、かつ測定検知器４
２を基本位置に対し他側に配置するようにして行
い得る。

第４図の線図において、この調節は検知面を上
述の基本位置、第２図のＹ−Ｚ面から、検知面が
基本位置に対して基準検知器４３に向うビーム方
向の回りで一定角度回転される斜めの位置まで回
転するのに対応することになろう。図示の実施例
により、この回転角は例えば45°まであり得るが、
しかし、たとえ検知面がそれによつて信号処理の
説明のための基礎として用いられてきた第４図に
示す位置になり得なくとも、これにより検知原理
に何も変更が生じない、何故ならば、３個の検知
器４１〜４３は依然として空間位置に調整されて
おり、そこでそれらは指示された最大粒子寸法に
対し、第３図の位相線図における一つの同じ位相
帯中でドツプラー信号を受信する。

所望の粒子寸法のばらつき範囲への調節は、光
学ベンチ３０上の柱４４及び４５を有する検知ホ
ルダの縦方向の変位、柱４４及び４５に対する検
知取付板４６〜４８の相互変位及び検知面を回転
させるための取付板４６及び４７上の取付検知器
４１及び４２の上述の変位を組合せることによつ
てなされる。

以上から明らかなように、より小さい最大粒子
寸法への調節は、測定検知器４１及び４２に対す
る検知光の方向の角度分離が増大されるようにし
て調節を行うことによつて、即ち柱４４及び４５
をピント合わせユニツト３３へ近づけ、取付板４
６〜４８の相互分離を増大させかつ取付板４６及
び４７上での検知器４１及び４２を図示の基本位
置に対する変位を増大することによつて行われ
る。

逆により大きな最大粒子寸法への調節は、計測
検知器４１及び４２への光の検知方向の角度分離
を減らすように、即ち、柱４４及び４５を有する
検知ホルダをピント合わせユニツト３３から動か
し、取付板４６〜４８の相互分離を減らし、また
取付板４６及び４７上での検知器４１及び４２の
変位を減らすことによつてなされる。

この様にして、小さいものはレーザ光の波長に
対応する程度から、大きいものは数千倍の大きさ
の粒子までの粒子を検知するため、本装置を極め
て大きな粒子寸法変動範囲に調節することができ
る。

第４図の線部に対応して、第５図に示す実施例
の装置に、固体粒子の検知に用いるたその別の基
準検知器を提供し得、かつ図示されておらずかつ
それに対してケーブル４９を介して検知器が接続
されている本装置の信号処理回路を第４図を参照
しながら説明されたように具現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は液流の流速を測定するのに用いられる
種類の通常のレーザドツプラー装置の主たる線図
である。第２図は、検知装置に対する測定方向に
おける散乱光と共に、第１図の装置設計における
測定空間に当たるピント合わせされたレーザに対
するベクトルを有する空間座標系である。第３図
は散乱光に対する位相線図である。第４図は本発
明によるレーザドツプラー装置中の信号処理回路
の構造と共に検知手段の可能な位置を示すための
第２図のそれに対応した主線図である。第５図は
本発明によるレーザドツプラー装置中の検知手段
及びレーザ光学系を設定するための可能な実際的
実施例である。図中符号；１，３１……レーザビーム発生器、
２……照射ビーム、３，３２……ビームスプリツ
タ、４，５……分離ビーム、６，３３……ピント
合わせ用光学手段、７，８，３６，３７……入射
レーザビーム、９，３８……測定空間、１０，４
０……運動粒子、１１……散乱光ビーム、１２…
…光学検知器、１３……孔、１４……レンズ、１
４ａ……視野限定部材、１５，１６……入射レー
ザビーム、１７，１８，４１，４２……測定検知
器、１９，４３……基準検知器、２０……第１位
相測定装置、２１……第２位相測定装置、２２…
…第１確認回路、２３……論理回路、２４……粒
子寸法分析器、２５……基準検知器、２７……第
３位相測定装置、２８……第２確認回路、２９…
…ドツプラー周波数分析器、３０……光学ベン
チ、３５……レンズ、３９……パルプライン、４
４，４５……柱、４６，４７，４８……取付板、
φ_C……位相比較信号、φ_M……合成位相差信号、
φ……位相基準信号。

Claims

【特許請求の範囲】１レーザビーム発生器１，３１から発生された
照射ビーム２を２本のレーザビーム４，５に分離
させるビームスプリツタ３，３２、前記分離レー
ザビーム４，５が液体流の通過する測定空間９，
３８中で所定の角度（θ）で互いに交差するよう
ピント合わせするためのピント合わせ手段６，３
３、前記測定空間９，３８外の液体流中の運動粒
子１０，４０によつて生じる散乱光ビーム１１を
検知し、かつそれに応じて電気信号を生じるため
の２つの測定検知器１７，１８；４１，４２、前
記測定検知器１７，１８；４１，４２に対するド
ツプラー信号間の位相差が2πを超えるとき生じ
る合成位相差信号φ_Mを得るための第１位相測定
装置２０、及び前記電気信号に基づいて粒子寸法
を検知するための粒子寸法分析器２４から成るこ
とを特徴とする液体流中の運動する球状粒子の寸
法を検知するためのレーザ・ドツプラー装置。２前記合成位相差信号φ_Mが2πを超える２つの
測定検知器１７，１８からのドツプラー信号間の
位相差によつて生じたのかどうかを示すよう位相
基準信号φ_Rを与えるための１つの測定検知器１
７からの信号と基準検知器１９，４３からの信号
とを組合せるための第２位相測定装置２１を備え
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
されたレーザドツプラー装置。３前記第２位相測定装置２１からの位相基準信
号φ_Rがπ／ｎより小さいか又はそれに等しい時
のみ作動信号を供給する第１確認回路２２、及び
確認回路２２からの作動信号に応答して合成位相
差信号φ_Mを前記第１位相測定装置から前記粒子
寸法分析器２４へ伝送するための論理回路２３を
備えたことを特徴とする特許請求の範囲第２項に
記載されたレーザドツプラー装置。４前記測定空間中のビームの交差点から別の基
準検知器２５に向う方向のビームは他の検知器１
７，１８，１９；４１，４２，４３へ向うビーム
方向に対して検知面外側で、球状粒子からの散乱
光に応答して、前記一方の測定検知器１７に対す
るのと同じ位相を有するドツプラー信号を受信す
るような位置にあり、前記基準信号検知器２５か
らの信号と前記測定検知器１７からの信号を組合
せる第３位相測定装置２７を備え、非球状粒子の
検知に応答して前記第３位相測定装置によつて生
じる位相比較信号φ_Cがゼロからずれた値を示し
た時に、出力信号を供給するようにしたことを特
徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項に記載
されたレーザドツプラー装置。５前記第３位相測定装置２７と接続され、前記
位相比較信号φ_Cのゼロからずれた値に応答して、
前記出力信号を前記粒子寸法分析器２４に伝送す
るための第２確認回路２８を備えたことを特徴と
する特許請求の範囲第４項に記載されたレーザド
ツプラー装置。６ドツプラー周波数分析器２９が速度情報信号
を前記粒子寸法分析器２４に供給するために前記
測定検知器１７，１８，１９，２５のいずれか１
つに接続されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項から第５項までのいずれかに記載され
たレーザドツプラー装置。７前記検知器１７，１８，１９；４１，４２，
４３用の調節手段が検知器をレーザ光の波長と同
じ程度の粒子寸法までの変動範囲内で空間位置に
調節するよう配置され、レーザビーム発生器１，
３１及びビームスプリツタ３，３２と協動して測
定空間中にピント合わせされるレーザビーム７，
８；３６，３７間の交差角（θ）を調節するピン
ト合わせ手段６，３３が設けられたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
れかに記載されたレーザドツプラー装置。