JPS63171365A - 光フアイバ式流速・流量測定装置 - Google Patents
光フアイバ式流速・流量測定装置Info
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- JPS63171365A JPS63171365A JP304087A JP304087A JPS63171365A JP S63171365 A JPS63171365 A JP S63171365A JP 304087 A JP304087 A JP 304087A JP 304087 A JP304087 A JP 304087A JP S63171365 A JPS63171365 A JP S63171365A
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Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は流速や流量の測定装置に係り、特に圧力損失を
増加させることな（、流体の流路における流速あるいは
流量を計測できる光ファイバ式流速・流量測定装置に関
するものである。
増加させることな（、流体の流路における流速あるいは
流量を計測できる光ファイバ式流速・流量測定装置に関
するものである。
（従来の技術）
光ファイバを用いた流体の流速あるいは流量の測定装置
（流速に流路断面積を乗ずれば流量が求まる）には、（
１）ドツプラー効果を利用した特開昭５７−９３２５８
、特開昭６０−７９２７３と、（２）カルマン渦発生に
よる渦周波数を応用した特開昭６０−１３１４２３など
の例がある。
（流速に流路断面積を乗ずれば流量が求まる）には、（
１）ドツプラー効果を利用した特開昭５７−９３２５８
、特開昭６０−７９２７３と、（２）カルマン渦発生に
よる渦周波数を応用した特開昭６０−１３１４２３など
の例がある。
前者のドツプラー効果応用型の流速装置は、光ファイバ
で導光したレーザ光を流体に照射し、流体からの散乱光
におけるドツプラー効果による周波数シフトを計測し流
速に換算するものである。後者のカルマン渦周波数応用
型の流速針は、流体中に流れに直交して挿入された棒状
物体の後流側に発生するカルマン渦の渦周波数について
、光ファイバで導光した光をこの渦に射光して、渦によ
って散乱された光を受光側光ファイバで受光し、光量の
変動周波数を計測し流速に変換するものである。
で導光したレーザ光を流体に照射し、流体からの散乱光
におけるドツプラー効果による周波数シフトを計測し流
速に換算するものである。後者のカルマン渦周波数応用
型の流速針は、流体中に流れに直交して挿入された棒状
物体の後流側に発生するカルマン渦の渦周波数について
、光ファイバで導光した光をこの渦に射光して、渦によ
って散乱された光を受光側光ファイバで受光し、光量の
変動周波数を計測し流速に変換するものである。
（発明が解決しようとする問題点）
前述の従来技術において、ドツプラー効果応用型の流速
計は、周波数シフトを精度よく計測するには、レーザ光
源の周波数安定性確保、複雑な光学系（レンズ、ミラー
など）が必要である等の問題があり、測定環境の厳しい
電力プラント、化学プラントなどへ通用するには問題が
ある。一方、カルマン渦応用型の流速針では、流体の流
れ方向に直交して棒状物体を挿入する必要があり、かつ
安定したカルマン渦を発生させるには流路断面積に比し
十分大きい棒径、棒長（例えば面積比で約１／１０）を
必要とし、この棒状物体による圧力損失が大きくなり、
特に大型ダクト内を流れる流体の流速を計測するには圧
力損失の点で問題がある。
計は、周波数シフトを精度よく計測するには、レーザ光
源の周波数安定性確保、複雑な光学系（レンズ、ミラー
など）が必要である等の問題があり、測定環境の厳しい
電力プラント、化学プラントなどへ通用するには問題が
ある。一方、カルマン渦応用型の流速針では、流体の流
れ方向に直交して棒状物体を挿入する必要があり、かつ
安定したカルマン渦を発生させるには流路断面積に比し
十分大きい棒径、棒長（例えば面積比で約１／１０）を
必要とし、この棒状物体による圧力損失が大きくなり、
特に大型ダクト内を流れる流体の流速を計測するには圧
力損失の点で問題がある。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
測定すべき流体の流路に流れに接するように配置された
初期曲げとして曲率半径Ｒ≦１２０ａ（ａは光ファイバ
外径）を施した光ファイバと、光ファイバの一端より光
を入射させるための光源と、光ファイバの他端より出射
された光を受光する受光素子と、受光素子からの出力信
号により流路内の流体の流速あるいは流量を求める演算
装置からなる光ファイバ式流速・流量測定装置を提供す
るものである。
測定すべき流体の流路に流れに接するように配置された
初期曲げとして曲率半径Ｒ≦１２０ａ（ａは光ファイバ
外径）を施した光ファイバと、光ファイバの一端より光
を入射させるための光源と、光ファイバの他端より出射
された光を受光する受光素子と、受光素子からの出力信
号により流路内の流体の流速あるいは流量を求める演算
装置からなる光ファイバ式流速・流量測定装置を提供す
るものである。
（作用）
光ファイバは第６図に示すように外部から力を加えて曲
げると、光透過量が低減する。特に予めバイアス曲げと
して曲率半径Ｒ＝５０ｍ（コア径２５０μｍファイバの
場合）を与えてお（と、曲率変化による透過損失の変化
割合を天きくとることが可能になり、外部からの応力印
加による光透過量の変化する感度を向上させることが可
能になる。
げると、光透過量が低減する。特に予めバイアス曲げと
して曲率半径Ｒ＝５０ｍ（コア径２５０μｍファイバの
場合）を与えてお（と、曲率変化による透過損失の変化
割合を天きくとることが可能になり、外部からの応力印
加による光透過量の変化する感度を向上させることが可
能になる。
第７図に本方式の原理図を示す。縦横に張った光ファイ
バ網２２を拡大図のように構成しておくと、流れによる
外部からの応力印加により、縦配列光ファイバ列２４と
横配列光ファイバ列２３の各交差点２５には、はぼ流れ
の分布に従った応力が加わり、曲げを増大させる。した
がって各ファイバ列の光透過量を検出すれば、ファイバ
列配置位置の流速あるいは流量を演算可能となる。この
ように本方式は空間の流速あるいは流量を多点計測する
のに好都合であり、かつ光ファイバ自体をセン号として
いるので、多点計測しても光ファイバの細さのために圧
力損失の大幅な増大は避けられる。またドツプラー流速
計のような複雑な光学系を必要としないので、多点計測
してもシステムが大幅に複雑になることはない。
バ網２２を拡大図のように構成しておくと、流れによる
外部からの応力印加により、縦配列光ファイバ列２４と
横配列光ファイバ列２３の各交差点２５には、はぼ流れ
の分布に従った応力が加わり、曲げを増大させる。した
がって各ファイバ列の光透過量を検出すれば、ファイバ
列配置位置の流速あるいは流量を演算可能となる。この
ように本方式は空間の流速あるいは流量を多点計測する
のに好都合であり、かつ光ファイバ自体をセン号として
いるので、多点計測しても光ファイバの細さのために圧
力損失の大幅な増大は避けられる。またドツプラー流速
計のような複雑な光学系を必要としないので、多点計測
してもシステムが大幅に複雑になることはない。
（実施例）
第１図に本発明になる光ファイバ流速針（あるいは流量
計）の実施例を示す。流速（あるいは流量：以下省略す
る）を計測しようとする流体流路を構成するダクト１内
に張られた複数本の光ファイバで構成された光ファイバ
網３に、各光ファイバの一端より光源２ａ、２ｂにより
光を導き、他端に設けられたフォトダイオードアレイ
（フォトダイオードが線状に複数個配置されているデバ
イス）４ａ、４ｂで各光ファイバの透過光量を検出する
。フォトダイオードアレイ４ａ、４ｂで検出された信号
は、透過光量マツプ演算部５に送られ、光ファイバ網３
上の各ファイバ交差点の位置に対応させて、透過光量の
分布を演算する。この演算部５で演算された分布をもと
にして、平均流速演算部６で平均流速を演算する（第１
図では４×４＝１６交差点の分布より平均流速を求める
）。第２図に光ファイバ網３の実施例を示す。光ファイ
バ７ａと７ｂを交互に交差させて光ファイバ網を形成さ
せている。光ファイバとしては使用環境を考慮して耐熱
温度４００℃のアルミコート光ファイバを使用する。゛
光ファイバを交互に交差させることにより、流れによる
外部応力がない状態でも光ファイバにはファイバ径とフ
ァイバピッチによって初期曲げが生じた状態になってお
り、第６図 ゛で説明したようなバイアス曲げによる
感度向上を期待できる。ファイバ径０．５ ｓｘ、ファ
イバピッチＩＱｗｍで、交差点８近傍では約５０１■の
曲率半径Ｒを実現でき、十分なバイアス曲げ効果が生ず
る。
計）の実施例を示す。流速（あるいは流量：以下省略す
る）を計測しようとする流体流路を構成するダクト１内
に張られた複数本の光ファイバで構成された光ファイバ
網３に、各光ファイバの一端より光源２ａ、２ｂにより
光を導き、他端に設けられたフォトダイオードアレイ
（フォトダイオードが線状に複数個配置されているデバ
イス）４ａ、４ｂで各光ファイバの透過光量を検出する
。フォトダイオードアレイ４ａ、４ｂで検出された信号
は、透過光量マツプ演算部５に送られ、光ファイバ網３
上の各ファイバ交差点の位置に対応させて、透過光量の
分布を演算する。この演算部５で演算された分布をもと
にして、平均流速演算部６で平均流速を演算する（第１
図では４×４＝１６交差点の分布より平均流速を求める
）。第２図に光ファイバ網３の実施例を示す。光ファイ
バ７ａと７ｂを交互に交差させて光ファイバ網を形成さ
せている。光ファイバとしては使用環境を考慮して耐熱
温度４００℃のアルミコート光ファイバを使用する。゛
光ファイバを交互に交差させることにより、流れによる
外部応力がない状態でも光ファイバにはファイバ径とフ
ァイバピッチによって初期曲げが生じた状態になってお
り、第６図 ゛で説明したようなバイアス曲げによる
感度向上を期待できる。ファイバ径０．５ ｓｘ、ファ
イバピッチＩＱｗｍで、交差点８近傍では約５０１■の
曲率半径Ｒを実現でき、十分なバイアス曲げ効果が生ず
る。
光ファイバ交差点８は光ファイバ７ａと７ｂを接触交差
させておくだけでもよいが、交差点の移動等を防ぐため
、アルミコートファイバのアルミコートの溶融接着で固
定しておくのが望ましい。
させておくだけでもよいが、交差点の移動等を防ぐため
、アルミコートファイバのアルミコートの溶融接着で固
定しておくのが望ましい。
第２図の光ファイバ網の実施例は比較的計測点の多い場
合（例えば１０点以上）に適しているが、５点以下の比
較的少ない計測点に対応するには、基本的には１点計測
に対応できる光ファイバ網の形成が必要になる。第３図
に１点計測型の光ファイバ網の実施例を示す。光ファイ
バ支持メタルチューブ１０に挿入されたアルミコート光
ファイバ９の一部は曲げを与えた形で露出させ、露出部
の両端はメタルチューブ１０に固定する。計測したい場
所に応じてメタルチューブ１０の長さを決定する。露出
部の光ファイバに与えるバイアス曲げは、光ファイバ外
径をａとすると、曲率半径Ｒ≦１２０ａとなるように設
定する。感度を向上させるためには、光ファイバ９の本
数を増やす。第３図の実施例では光入力コネクタと光出
力コネクタヲ同一フランジ１３に取付は可能であるので
、流速針の設置が簡易化できる利点がある。第４図に光
ファイバ９の露出部が流れによって曲げを受けた際の変
形の様子を点線で模擬して示す。一般には図の流れの方
向に対して、光ファイバ露出部両端の固定点近傍で曲率
半径が低減する傾向となり、光透過量が低減する。流れ
の方向が逆になると、固定部近傍で曲率半径が大幅に変
化することはないので、光透過量の変化はほとんど見ら
れない。
合（例えば１０点以上）に適しているが、５点以下の比
較的少ない計測点に対応するには、基本的には１点計測
に対応できる光ファイバ網の形成が必要になる。第３図
に１点計測型の光ファイバ網の実施例を示す。光ファイ
バ支持メタルチューブ１０に挿入されたアルミコート光
ファイバ９の一部は曲げを与えた形で露出させ、露出部
の両端はメタルチューブ１０に固定する。計測したい場
所に応じてメタルチューブ１０の長さを決定する。露出
部の光ファイバに与えるバイアス曲げは、光ファイバ外
径をａとすると、曲率半径Ｒ≦１２０ａとなるように設
定する。感度を向上させるためには、光ファイバ９の本
数を増やす。第３図の実施例では光入力コネクタと光出
力コネクタヲ同一フランジ１３に取付は可能であるので
、流速針の設置が簡易化できる利点がある。第４図に光
ファイバ９の露出部が流れによって曲げを受けた際の変
形の様子を点線で模擬して示す。一般には図の流れの方
向に対して、光ファイバ露出部両端の固定点近傍で曲率
半径が低減する傾向となり、光透過量が低減する。流れ
の方向が逆になると、固定部近傍で曲率半径が大幅に変
化することはないので、光透過量の変化はほとんど見ら
れない。
したがって露出光ファイバの形状を工夫することにより
、流れの方向を検出することも可能である。
、流れの方向を検出することも可能である。
第５図に１点計測型の光ファイバ流速計２台でダクト内
の流速を計測する場合の実施例を示す。
の流速を計測する場合の実施例を示す。
光源１５からの光（赤色または赤外の発光ダイオード）
を分岐して、光ファイバ露出部１８を経由させて、フォ
トダイオード１９に導き光電変換する。２つのフォトダ
イオード１９からの電気信号と、２つの光ファイバ露出
部１８の位置を対応させて、透過光量マツプ演算部２０
でダクト断面内の流速分布を演算し、平均流速演算部２
１で平均流速を演算する。
を分岐して、光ファイバ露出部１８を経由させて、フォ
トダイオード１９に導き光電変換する。２つのフォトダ
イオード１９からの電気信号と、２つの光ファイバ露出
部１８の位置を対応させて、透過光量マツプ演算部２０
でダクト断面内の流速分布を演算し、平均流速演算部２
１で平均流速を演算する。
以上実施例では光ファイバとしてメタル（アルミ）コー
トファイバを用いているため、４００℃の耐熱性があり
、ボイラ用バーナの予熱燃焼用空気の流速計測にも通用
できる。またメタルコートであるため支持メタルチュー
ブとの溶融接着も可能となり、耐熱性保持が可能となる
。
トファイバを用いているため、４００℃の耐熱性があり
、ボイラ用バーナの予熱燃焼用空気の流速計測にも通用
できる。またメタルコートであるため支持メタルチュー
ブとの溶融接着も可能となり、耐熱性保持が可能となる
。
（発明の効果）
本発明によれば、従来技術である流速を計測するのに光
ファイバから流体の中に光を放射して再び散乱光等を光
ファイバで受光する系を含んでいないので、ドツプラー
効果やカルマン渦周波数応用型の従来の光ファイバ流速
針に比して光学系が簡易化できる利点がある。また、従
来のカルマン渦応用型のものに比し圧力損失が５０分の
１以下であり、したがって、測定個所の多い多点の流速
計測に特に適している。
ファイバから流体の中に光を放射して再び散乱光等を光
ファイバで受光する系を含んでいないので、ドツプラー
効果やカルマン渦周波数応用型の従来の光ファイバ流速
針に比して光学系が簡易化できる利点がある。また、従
来のカルマン渦応用型のものに比し圧力損失が５０分の
１以下であり、したがって、測定個所の多い多点の流速
計測に特に適している。
第１図は、本発明になる光ファイバ式流速・流量測定装
置の実施例図、第２図は、本発明における光ファイバ網
の実施例図、第３図は、本発明における１点計測型の光
ファイバ式流速・流量測定装置のヘッド部の説明図、第
４図は、光ファイバの流体による曲げ作用の説明図、第
５図は、１点計測型の光ファイバ流速計ヘッドを適用し
た流速測定装置の実施例図、第６図は、光ファイバの曲
げ曲率半径と光の透過損失の関係説明図、第７図は、光
ファイバの曲げ部によって構成される網状体の説明図で
ある。 １・・・ダクト（流路）、２ａ、２ｂ・・・光源、３・
・・光ファイバ網、４ａ、４ｂ・・・フォトダイオード
アレイ（受光素子）、５・・・透過光量マツプ演算部、
６・・・平均流速演算部。 代理人 弁理士 川 北 武 長 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 曲げ曲率半径Ｒ（ｍｍ） 第７図 流れ
置の実施例図、第２図は、本発明における光ファイバ網
の実施例図、第３図は、本発明における１点計測型の光
ファイバ式流速・流量測定装置のヘッド部の説明図、第
４図は、光ファイバの流体による曲げ作用の説明図、第
５図は、１点計測型の光ファイバ流速計ヘッドを適用し
た流速測定装置の実施例図、第６図は、光ファイバの曲
げ曲率半径と光の透過損失の関係説明図、第７図は、光
ファイバの曲げ部によって構成される網状体の説明図で
ある。 １・・・ダクト（流路）、２ａ、２ｂ・・・光源、３・
・・光ファイバ網、４ａ、４ｂ・・・フォトダイオード
アレイ（受光素子）、５・・・透過光量マツプ演算部、
６・・・平均流速演算部。 代理人 弁理士 川 北 武 長 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 曲げ曲率半径Ｒ（ｍｍ） 第７図 流れ
Claims (2)
- （１）測定すべき流体の流路に流れに接するように配置
された初期曲げとして曲率半径Ｒ≦１２０ａ（ａは光フ
ァイバ外径）を施した光ファイバと、光ファイバの一端
より光を入射させるための光源と、光ファイバの他端よ
り出射された光を受光する受光素子と、受光素子からの
出力信号により流路内の流体の流速あるいは流量を求め
る演算装置からなる光ファイバ式流速・流量測定装置。 - （２）測定すべき流体の流路に配置された光ファイバの
少なくとも流れに接する部分をメタルコート光ファイバ
となした特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ式流速
・流量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP304087A JPS63171365A (ja) | 1987-01-09 | 1987-01-09 | 光フアイバ式流速・流量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP304087A JPS63171365A (ja) | 1987-01-09 | 1987-01-09 | 光フアイバ式流速・流量測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63171365A true JPS63171365A (ja) | 1988-07-15 |
Family
ID=11546197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP304087A Pending JPS63171365A (ja) | 1987-01-09 | 1987-01-09 | 光フアイバ式流速・流量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63171365A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004361409A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Inverness Medical Switzerland Gmbh | 分析結果読み取りデバイス及び分析を実行する方法 |
| DE10339906B4 (de) * | 2003-08-29 | 2009-12-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Messapparatur für Strömungen |
-
1987
- 1987-01-09 JP JP304087A patent/JPS63171365A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004361409A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Inverness Medical Switzerland Gmbh | 分析結果読み取りデバイス及び分析を実行する方法 |
| DE10339906B4 (de) * | 2003-08-29 | 2009-12-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Messapparatur für Strömungen |
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