CN102782460A - 流量测定装置及流速测定装置 - Google Patents

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Abstract

一种流量测定装置或流速测定装置，具有：计测元件，由主管、与主管连结的入射管、与主管连结的出射管及与入射管连结的第一净化流体供给管构成；净化流体供给部，向计测元件的第一净化流体供给管供给净化流体；发光部，使激光向计测元件入射；受光部，接受从发光部入射且通过计测元件的激光，并将接受到的光量作为受光信号输出；计算部，基于从受光部输出的受光信号，算出流过计测元件的排放流体的流量或流速；控制部，控制各部的动作；流动方向检测部，检测流过计测元件的流体的流动方向。

Description

流量测定装置及流速测定装置
技术领域
本发明涉及对流体的流量进行计测的流量测定装置及对流体的流速进行计测的流速测定装置。
背景技术
作为在流路内流动的气体的流量测定方法，提出了各种方法。例如，在专利文献1中记载了一种在管内配置节流孔板，根据节流孔板前后的管内差压来计测在管内流动的流体流量的差压流量计。
另外，在专利文献2中记载了一种流量计测装置，在流体的流动方向上具有某角度而将超声波的发送元件与接收元件相对设置，根据该超声波传播时间来计测流体的流量，该流量计测装置具备：激振出具有由不同的第一频率和第二频率构成的频率成分的正弦波信号的超声波的单元；求出在流体中传播的超声波的第一、第二频率成分的相位差的单元；根据求出的相位差来运算超声波的传播时间的单元，根据超声波的传播时间来算出流体的流速从而求出流量。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开平06-174510号公报
【专利文献2】日本特开2009-222534号公报
发明内容
在专利文献1记载的通过差压来计测流量的装置中，需要在配管的内部设置节流孔，因此需要在前后确保一定的直管部分等，使用对象受到制约。而且，在专利文献2记载的使用超声波的流量计测装置中，将超声波的激振源和检测器直接安装于配管。因此，例如在流过配管的气体为高温的情况下，无法使用。而且需要利用在高温下也能够使用的机构。而且专利文献1及专利文献2的任一方式在计测中都需要一定的时间，具有在响应性的提高方面存在极限的问题。而且，虽然也可以基于配管的直径与流量之间的关系来计测流速，但存在同样的问题。
本发明鉴于上述情况而作出，课题在于提供一种能够以高响应性进行计测且即使在严格的环境下也能够计测流体的流动的流量测定装置及流速测定装置。
为了解决上述课题，实现目的，本发明的特征在于，具有：计测元件，由主管、入射管、出射管及第一净化流体供给管构成，所述主管的两端开放且分别能够与流过流体的流路连结，所述入射管与所述主管连结且在与所述主管连结的一侧的相反侧的端部形成有能够使光通过的窗部，所述出射管与所述主管连结且在与所述主管连结的一侧的相反侧的端部形成有能够使光通过的窗部，所述第一净化流体供给管与所述入射管连结；净化流体供给部，向所述计测元件的所述第一净化流体供给管供给净化流体；发光部，使激光向所述入射管入射；受光部，接受从所述入射管入射且通过所述计测元件而从所述出射管射出的所述激光，并将接受到的光量作为受光信号输出；计算部，基于从所述受光部输出的受光信号，算出流过所述计测元件的流体的流量；流动方向检测部，检测流过所述计测元件的流体的流动方向；及控制部，控制各部的动作。
由此，能够以高响应性进行计测，且即使在严格的环境下也能够进行流量及其流动方向的计测。
另外，优选的是，所述流动方向检测部具有对来自与流动方向平行的两方向的压力差进行检测的差压检测部，基于由所述差压检测部检测到的压力差而检测流动方向。由此，能够更适当地检测流体的流动方向。
另外，优选的是，所述流动方向检测部具有向所述流路露出且因流体的流动而变形的变形部，基于所述变形部的变形方向而检测流动方向。由此，能够更适当地检测流体的流动方向。
另外，优选的是，至少具有两个由所述发光部、所述受光部、所述计算部构成的测定单元，所述流动方向检测部基于由所述测定单元算出的流量的计算值而检测流动方向。由此，能够更适当地检测流体的流动方向。
另外，优选的是，所述流动方向检测部具有：向所述流路输出超声波的超声波输出部；及接收从所述超声波输出部输出的超声波的超声波接收部，基于由所述超声波接收部接收到的超声波的频率而检测流动方向。由此，能够更适当地检测流体的流动方向。
另外，优选的是，所述计算部以1个频率对由所述受光部接受到的受光信号进行解调，基于解调后的信号的变动的大小而算出所述流体的流量。通过使用以1个的频率解调后的信号的变动，能够以简单的结构来计测流量。
另外，优选的是，所述计算部以不同的两个频率分别对由所述受光部接受到的受光信号进行解调，基于解调后的两个频率的信号的变动的大小而算出所述流体的流量。由此，能够以更高的精度来计测流量。
另外，优选的是，所述计算部以多个不同的频率分别对由所述受光部接受到的受光信号进行解调，基于解调后的多个频率的信号的变动的大小而算出所述流体的流量。由此，能够以更高的精度来计测流量。
另外，优选的是，所述计算部预先存储算出的变动与流量之间的关系，基于所述关系和所述变动的大小而算出所述流体的流量。由此，能够更简单地计测流量。
另外，优选的是，所述计算部按照流过所述入射管的净化流体的流量，存储所述变动与所述流体的流量之间的关系，基于流过所述入射管的净化流体的流量和所述变动而算出所述流体的流量。由此，能够以更高的精度来计测流量。
另外，优选的是，所述控制部算出在包括由所述计算部算出的所述流体的流量在内的区域上变动的变化量增大的所述净化流体的流量，基于计算结果而调整从所述净化流体供给部向所述第一净化流体供给管供给的净化流体的流量。由此，能够以更高的精度来计测流量。
另外，优选的是，所述计算部还基于从所述发光部输出的激光的强度和由所述受光部接受到的激光的强度，算出流过所述计测元件的排放流体的测定对象的物质的浓度。由此，对于流动的流体，能够取得更多的信息。
另外，优选的是，所述受光部具有相邻配置的多个受光元件，将由各受光元件接受到的光量作为受光信号输出，所述计算部基于从各受光元件发送的受光信号的强度的比较而算出所述流体的流量。在该方法中，也能够以高精度来计测流量。
另外，优选的是，所述计算部基于从各受光元件发送的受光信号的强度的比较而算出所述激光的到达位置，基于所述到达位置与基准位置之间的偏差而算出所述流体的流量。由此，能够检测激光的位移，从而能够计测流量。
另外，优选的是，所述计算部还基于从各受光元件发送的受光信号的强度的总量和由所述受光部接受到的激光的强度，算出流过所述计测元件的排放流体的测定对象的物质的浓度。由此，对于流动的流体，能够取得更多的信息。
另外，优选的是，所述计测元件在所述主管的、所述流体的流动方向上的所述入射管的上游侧且所述入射管的附近具有使所述入射管的附近的空气的流动成为紊流的紊流产生部。由此，能够进一步增大与流量的变化相对的受光信号的变化，能够以更高的精度来计测流量。
优选的是，还具有与所述出射管连结的第二净化流体供给管，所述净化流体供给部也向所述第二净化流体供给管供给净化流体。由此，能够减少位于出射管的窗部发生污染的可能性。
优选的是，所述计算部还基于从所述受光部输出的受光信号，计测流过所述计测元件的所述主管的流体的流速。由此，能够取得更多的流过计测元件的流体的信息。
另外，优选的是，所述流体为气体。
为了解决上述课题，实现目的，本发明的特征在于，具有：计测元件，由入射管、出射管及第一净化流体供给管构成，所述入射管中，一方的端部是面向测定区域的开口，并在相反侧的端部形成有能够使光通过的窗部，所述出射管中，一方的端部是与所述入射管相对且面向所述测定区域的开口，并在相反侧的端部形成有能够使光通过的窗部，所述第一净化流体供给管与所述入射管连结；净化流体供给部，向所述计测元件的所述第一净化流体供给管供给净化流体；发光部，使激光向所述入射管入射；受光部，接受从所述入射管入射且通过所述测定区域而从所述出射管射出的所述激光，并将接受到的光量作为受光信号输出；计算部，基于从所述受光部输出的受光信号，算出流过所述测定区域的流体的流速；流动方向检测部，检测流过所述测定区域的流体的流动方向；及控制部，控制各部的动作。
由此，能够以高响应性进行计测，且即使在严格的环境下也能够进行流速及其流动方向的计测。
另外，优选的是，所述流动方向检测部具有对来自与流动方向平行的两方向的压力差进行检测的差压检测部，基于由所述差压检测部检测到的压力差而检测流动方向。由此，能够更适当地检测流体的流动方向。
另外，优选的是，所述流动方向检测部具有向所述测定区域露出且因流体的流动而变形的变形部，基于所述变形部的变形方向而检测流动方向。由此，能够更适当地检测流体的流动方向。
另外，优选的是，所述计测元件具有主管，所述主管分别与所述入射管的一方的端部及所述出射管的一方的端部连结，且供测定对象的流体流过，所述测定区域是所述主管的一部分。由此，能够约束测定对象的流动，能够以更高的精度进行计测。
另外，优选的是，所述流体为气体。
【发明效果】
本发明的流量测定装置及流速测定装置起到能够以高响应性进行计测且即使在严格的环境下也能够进行流体的流动的计测这样的效果。
附图说明
图1是表示本发明的流量测定装置的一实施方式的概略结构的示意图。
图2是将图1所示的流量测定装置的计测元件的一部分放大表示的放大示意图。
图3是表示图1所示的流动方向检测单元的概略结构的示意图。
图4是用于说明激光的路径的说明图。
图5是表示频率与噪声之间的关系的坐标图。
图6是表示废气流量与噪声之间的关系的坐标图。
图7是表示废气流量与噪声之间的关系的坐标图。
图8是表示频率与噪声之间的关系的坐标图。
图9A是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图。
图9B是从图9A的Z方向观察流动方向检测单元而得到的示意图。
图10是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图。
图11是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图。
图12是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图。
图13是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图。
图14A是表示流量测定装置的另一实施方式的一部分的概略结构的示意图。
图14B是图14A的局部放大图。
图15A是表示流量测定装置的另一实施方式的受光部的概略结构的示意图。
图15B是用于说明图15A所示的流量测定装置的动作的说明图。
图15C是用于说明图15A所示的流量测定装置的动作的说明图。
图16是表示受光部的另一例的概略结构的示意图。
图17是表示本发明的流速测定装置的一实施方式的概略结构的示意图。
图18A是将图17所示的流速测定装置的计测元件的一部分放大表示的放大示意图。
图18B是从与废气的流动方向平行的方向观察图17所示的流速测定装置的计测元件而得到的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图，详细说明本发明的流量测定装置及流速测定装置的一实施方式。需要说明的是，并未通过本实施方式来限定本发明。需要说明的是，流量测定装置能够计测流过流路的各种气体（gas）、液体等流体的流量、流速。例如，可以将废气净化装置安装于柴油发动机，计测从柴油发动机排出的废气的流量。需要说明的是，排出废气的发动机即排出（供给）测定对象的气体的装置并未限定于此，可以使用于汽油发动机、燃气轮机等各种内燃机。而且，作为具有内燃机的装置，例示了车辆、船舶、发电机等各种装置。而且，也能够计测从废物焚烧炉、锅炉等燃烧设备及高温且具有流量、流速变动的流量、流速计测对象排出的废气的流量、流速。需要说明的是，在以下的实施方式中，说明计测流过配管的废气的流量的情况。而且，虽然在后面进行说明，但通过在以下的实施方式中说明的流量测定装置的装置结构，也能够计测流过配管的流速。
图1是表示本发明的流量测定装置的一实施方式的概略结构的示意图。而且，图2是将图1所示的流量测定装置的计测元件的一部分放大表示的放大示意图。如图1所示，流量测定装置10具有计测元件12、计测单元14、净化气体供给单元16、流动方向检测单元18。在此，流量测定装置10设置在废气A流动的配管6与配管8之间。而且，废气A从配管6的上游侧供给，通过配管6、流量测定装置10、配管8，向比配管8靠下游侧排出。需要说明的是，在配管6的上游侧配置有废气的产生装置（供给装置）。
计测元件12基本上具有主管20、入射管22、出射管24。而且，在入射管22设有窗26和净化气体供给管30，在出射管24设有窗28和净化气体供给管32。主管20是筒状的管状构件，一方的端部与配管6连结，另一方的端部与配管8连结。即，主管20配置在成为废气A流动的流路的一部分的位置。由此，废气A按照配管6、主管20、配管8的顺序流动。而且，流过配管6的废气A基本上全部流过主管20。
入射管22是管状构件，一方的端部与主管20连结。而且，主管20与入射管22的连结部成为与入射管22的开口（端部的开口）大致同一形状的开口。即，入射管22与主管20以空气能够流通的状态连结。而且，在入射管22的另一方的端部设有窗26，通过窗26进行密封。需要说明的是，窗26由使光透过的构件、例如透明的玻璃、树脂等构成。由此，入射管22的设置有窗26的端部成为空气未流通的状态且能够使光透过的状态。
如图1及图2所示，入射管22是窗26侧的端部的开口（即，由窗26闭塞的开口）的面积与主管20侧的端部（即，与主管20连结的部分的开口）的面积实质上相同的圆筒形状。需要说明的是，入射管22的形状并未限定为圆筒形状，只要是使空气及光通过的筒型的形状即可，可以形成为各种形状。例如，入射管22可以设为截面为方形、多边形、椭圆、非对称曲面的形状。而且，入射管22可以是筒形状的截面的形状、直径因位置而变化的形状。需要说明的是，入射管22优选为后述的净化气体稳定流动的形状。
另外，在入射管22还连结有净化气体供给管30。如图2所示，净化气体供给管30配置在窗26被密封的端部和与主管20连结的端部之间。净化气体供给管30将从净化气体供给单元16供给的净化气体向入射管22引导。而且，净化气体供给管30的成为净化气体的喷出口的部分朝向窗26侧倾斜。
出射管24是与入射管22大致相同形状的管状构件，一方的端部与主管20连结，在出射管24的另一方的端部设有窗28。出射管24也与主管20成为空气能够流通的状态，设置有窗28的端部成为空气未流通的状态且成为能够使光透过的状态。而且，出射管24配置在中心轴与入射管22的中心轴大致相同的位置。即，入射管22和出射管24配置在主管20的相对的位置。
另外，出射管24也是窗28侧的端部的开口（即，由窗28闭塞的开口）的面积与主管20侧的端部（即，与主管20连结的部分的开口）的面积实质上相同的圆筒形状。需要说明的是，出射管24的形状也不局限于圆筒形状，只要是使空气及光通过的筒型的形状即可，可以形成为各种形状。例如，出射管24可以设为截面成为方形、多边形、椭圆、非对称曲面的形状。而且，出射管24也可以是筒形状的截面的形状、直径根据位置而变化的形状。需要说明的是，出射管24也优选为后述的净化气体稳定地流动的形状。
另外，在出射管24的窗28被密封的端部和与主管20连结的端部之间连结有净化气体供给管32。净化气体供给管32将从净化气体供给单元16供给的净化气体向出射管24引导。而且，净化气体供给管32也是吹出口朝向窗28侧的形状。需要说明的是，在出射管24配置有后述的流动方向检测单元18的一部分。
接下来，计测单元14具有发光部40、光纤42、受光部44、光源驱动器46、计算部48、控制部50。
发光部40是使规定波长的激光发光的发光元件。光纤42对从发光部40输出的激光进行引导，使其从窗26入射到计测元件12内。
受光部44是接受通过计测元件12的主管20的内部且从出射管24的窗28输出的激光的受光部。需要说明的是，受光部44例如具备光电二极管（PD，Photodiode）等光检测器，通过光检测器接受激光，并检测该光的强度。受光部44将接受到的激光的强度（光量）作为受光信号，向计算部48发送。
光源驱动器46具有对发光部40的驱动进行控制的功能，通过调整向发光部40供给的电流、电压，来调整从发光部40输出的激光的波长、强度。而且，光源驱动器46由控制部50控制。
计算部48基于由受光部44接受到的激光的强度的信号（受光信号），算出流过计测元件12的废气的流量。需要说明的是，关于计算方法，在后面说明。
控制部50具有对各部的动作进行控制的控制功能，根据需要，对各部的动作进行控制。需要说明的是，控制部50不仅进行计测单元14的控制，而且控制流量测定装置10的整体的动作。即，控制部50是对流量测定装置10的动作进行控制的控制部。
净化气体供给单元16具有配管51、泵52、干燥器54、流量计56，向计测元件12的净化气体供给管30、32供给规定流量的空气。需要说明的是，在本实施方式中，虽然供给空气，但也可以是使用储气瓶等供给氮等作为净化气体的结构。
配管51与净化气体供给管30、32连结。而且，在配管51上，从距净化气体供给管30、32最远一侧（空气流动的上游）起依次配置有泵52、干燥器54、流量计56。泵52通过向配管51供给空气，而向净化气体供给管30、32供给空气。而且，泵52通过控制部50来控制动作。
干燥器54是使流过配管51的空气干燥的干燥机构。干燥器54只要能够使空气中含有的水分减少即可，可以使用各种吸湿机构、吸湿材料。而且，干燥器54通过控制部50来控制动作。
流量计56对流过配管51的空气的量、即流量进行计测。流量计56将计测到的流量的信息向控制部50发送。需要说明的是，配管51中基本上通过从泵52发送的空气，因此流量稳定。因此，能够使用通常使用的各种流量计。
关于净化气体供给单元16，控制部50基于流量计56的计测结果而控制净化气体的流量，从而控制流过配管51的空气的量。由此，净化气体供给单元16能够将从净化气体供给管30向入射管22供给的空气的量、流速、及从净化气体供给管32向出射管24供给的空气的量、流速形成为规定的量、速度。而且，通过利用干燥器54使空气干燥，而能够减少水分附着于流量计56的可能性。流量测定装置10为以上那样的结构。
接下来，使用图3，对流动方向检测单元18进行说明。在此，图3是表示图1所示的流动方向检测单元的概略结构的示意图。流动方向检测单元18是对主管20的废气A的流动方向进行检测的检测单元，如图3所示，具有检测元件62、检测元件64、差压检测器（差压转换器）66。检测元件62是对与主管20的轴向平行的方向（与废气A的流动方向平行的方向）中的一方的方向（在本实施方式中，从配管8的出口朝向废气的产生装置的方向，在基本的流动方向上从下游朝向上游的方向）的废气A的压力进行检测的皮托管。检测元件62为U字形状，一方的端部向主管20的内部露出，朝向配管8的出口形成开口。
另外，检测元件64是对与主管20的轴向平行的方向中的另一方的方向（在本实施方式中，从废气的产生装置朝向配管8的出口的方向，在基本的流动方向上从上游朝向下游的方向）的废气A的压力进行检测的皮托管。检测元件64为U字形状，一方的端部向主管20的内部露出，朝向废气的产生装置形成开口。
另外，检测元件62和检测元件64分别配置在主管20与出射管24的连接部。而且，在废气A的基本的流动方向上，检测元件62配置在比检测元件64靠下游侧，即，配置在配管8的出口侧。这样，检测元件62和检测元件64以与废气A的流动方向正交的面为对象面，而对称配置。需要说明的是，在本实施方式中，作为检测元件62、64，使用了皮托管，但只要能够检测废气的规定方向的压力即可，并未限定为皮托管。
差压检测器66是接收由检测元件62检测到的检测值和由检测元件64检测到的检测值，将检测值转换成压力值，并算出压力差的检测器。差压检测器66还基于检测到的压力值，来检测废气A的流动方向。具体而言，流动方向检测单元18通过检测元件62来检测从配管8的出口朝向废气的产生装置的废气A的压力，并通过检测元件64来检测从废气的产生装置朝向配管8的出口的废气A的压力。然后，差压检测器66根据检测值（检测到的压力）算出压力差，算出由检测元件62检测的压力和由检测元件64检测的压力中的哪一个更大。差压检测器66基于检测结果，将检测到更大的压力的检测元件检测的废气的流动方向作为废气A的流动方向进行检测。即，流动方向检测单元18在由检测元件62检测到的压力大时，检测出废气从下游向上游，从配管8的出口朝向废气的产生装置流动，在由检测元件64检测到的压力大时，检测出废气A从上游向下游，从废气A的产生装置朝向配管8的出口流动。差压检测器66将检测到的废气A的流动方向的信息向控制部50发送。需要说明的是，由差压检测器66进行的计算的一部分也可以由控制部50进行。
接下来，使用图2及图4，说明基于流量测定装置10的流量的计测方法。首先，流量测定装置10的计测单元14中，从发光部40射出激光L时，射出的激光L依次通过光纤42、窗26、入射管22、主管20、出射管24、窗28，向受光部44入射。此时，流量测定装置10通过净化气体供给单元16，从净化气体供给管30向入射管22供给净化气体G，从净化气体供给管32也向出射管24供给净化气体G。由此，抑制废气A进入入射管22和出射管24内的情况，能够抑制废气A中包含的微粒子等附着于窗26、28的情况。
在此，由净化气体供给单元16供给的净化气体G与流过主管20的废气A为不同的性质的空气，具体而言，气体的温度不同。因此，本发明人发现，如图2所示，在从净化气体供给单元16供给通过射管22而到达主管20的净化气体G与流过主管20的废气A混合的区域形成有温度边界层80。而且，以温度边界层80为边界而净化气体G与废气A的温度不同，从而使折射率成为不同的值。
因此，如图4所示，激光L由于通过温度边界层80而发生折射。在此，图4是用于说明激光的路径的说明图。例如，如图4所示，可假定为温度边界层80相对于激光L的行进方向倾斜θ1的情况下，由于通过温度边界层80，而与温度边界层80所成的角成为θ2的激光L。由此，光的行进方向变化了θ1与θ2的差量，到达位置发生变化。
在此，该温度边界层80不稳定。因此，能够看作温度边界层80的层的角度根据时间而变化，激光L的到达位置也根据时间而变化。如此当到达位置变化时，受光部44接受激光L的位置发生变化。即，计测的条件发生变化。该激光L的到达位置的变化作为噪声（信号的变动）而出现在对受光部44的受光信号进行解调的结果中。需要说明的是，该信号的变动在对其他的物理参数进行计测的情况下成为噪声，但在本发明中，该信号的变动成为用于求出流量的测定对象的值。需要说明的是，在本实施方式的说明中，为了简便起见，将信号的变动称为噪声。
在此，本发明人仔细地讨论了该噪声的结果是，发现了噪声与流过主管20的流量之间存在相关关系。流量测定装置10基于该关系而算出流量。
以下，使用图5及图6，详细说明基于流量测定装置10的流量的测定方法。首先，使废气的流量变化为各种值，在各种废气的流量的情况下，以各种频率对受光信号进行解调，计测了解调后的频率与解调后的结果的噪声之间的关系。而且，在本计测中，在将废气的流量形成为0（即不使废气流动）时，计测了61m3/h的情况下、116m3/h的情况下、160m3/h的情况下、199m3/h的情况下、258m3/h的情况下解调后的频率与噪声之间的关系。需要说明的是，所述计测除了使废气的流量变化这一点以外，以同一条件进行了计测。计测到的结果如图5所示。图5是表示频率与噪声之间的关系的坐标图。图5中，纵轴为噪声（dB），横轴为频率（kHz）。需要说明的是，频率是指对通过受光部44检测到的受光信号进行解调后的频率。如图5所示可知，产生的噪声的大小根据废气的流量而变化。而且可知，基本上，若废气的流量增大，则噪声也增大。
接下来，基于该计测结果，算出了解调频率200kHz的情况下的噪声与废气流量（废气的流量）之间的关系。计算结果如图6所示。在此，图6是表示废气流量与噪声之间的关系的坐标图。而且，图6中，纵轴为噪声（σ（A）/I（×10-6/m）），横轴为废气流量（Nm3/h）。如图6所示，在解调频率200kHz下，对应于废气的流量，而噪声的大小发生变化。
流量测定装置10使用上述关系，根据噪声的大小来算出流量。具体而言，预先通过实验、计测，算出图6所示的噪声的大小与废气的流量之间的关系，存储在计算部48中。计算部48以频率200kHz对从受光部44送来的受光信号进行解调，并检测解调后的结果（信号）的噪声的大小。然后基于检测到的噪声的大小、存储的噪声的大小与废气的流量之间的关系，算出废气的流量。
这样，流量测定装置10根据在接受到从发光部40发出的激光L的受光部44的受光信号的解调时产生的噪声，能够算出配管的流量。而且，由于在测定中使用激光，因此能够在短时间内进行测定。具体而言，通过使用光，与声波等相比，能够缩短从发光到受光的时间。而且，也能够缩短为了算出噪声所需的测定时间、计算时间。由此，能够提高响应性。而且，也能够连续地算出流量。
而且，光可以由光纤等进行引导，因此无需将发光部、受光部直接设置于配管。因此，无需预先将电子部件（电路等）形成为严格的条件，能够在各种环境下使用。例如也能够计测流过成为高温的配管的废气的流量。
需要说明的是，在上述实施方式中，作为一例，以200kHz对受光信号进行了解调，但本发明并未限定于此，解调的频率可以使用任意的频率。而且，计算部可以使用各种结构作为对受光信号进行解调的方法。例如，可以使用仅使特定的频率成分通过的带通滤波器，将作为对象的频率成分抽出，由此以规定的频率成分对受光信号进行解调。需要说明的是，在使用带通滤波器时，能够使装置结构简单，从而能够使装置廉价。而且能够减少为了流量计算而进行的运算。而且，通过使用FFT（Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换）运算装置、频谱分析仪（Spectrum analyzer），也能够进行解码。需要说明的是，在使用了FFT运算装置、频谱分析仪时，能够在一定频率区域对受光信号进行解调。
在此，在上述实施方式中，基于以1个频率（200kHz）解调的受光信号（即，受光信号的解调的结果的1个频率成分）的噪声，算出了流量，但本发明并未限定于此。流量测定装置也可以基于以不同的两个频率进行解调后的受光信号（即，受光信号的解调的结果的两个频率成分）的噪声算出流量。
以下，使用图7，说明基于以不同的两个频率进行解调后的受光信号的噪声来算出流量的情况。需要说明的是，在图7所示的例子中，使用以200kHz对受光信号进行了解调时的噪声与废气的流量之间的关系、及以20kHz对受光信号进行了解调时的噪声与废气的流量之间的关系。在此，图7是表示废气流量（废气的流量）与噪声之间的关系的坐标图。而且，图7中，纵轴为以200kHz进行解码时的噪声（σ（A）/I（×10-6/m））、以20kHz进行解码时的噪声（10kHzσ（A）/I（×10-6/m）），横轴为废气流量（Nm3/h）。需要说明的是，图7所示的噪声与废气的流量之间的关系也可以基于图5所示的计测结果来算出。
流量测定装置10预先通过实验、计测，算出图7所示的噪声的大小与废气的流量之间的关系，预先存储在计算部48中。计算部48将从受光部44送来的受光信号以频率200kHz和频率20kHz进行解调，基于各种频率，检测解调的结果（信号）的噪声的大小。然后基于检测到的两个噪声的大小、存储的噪声的大小与废气的流量之间的关系，算出废气的流量。这样，也可以使用两个频率成分，对废气的流量进行计测。
另外，如图7所示，噪声的大小较大变化的流量根据解调的频率而不同。具体而言，在以频率200kHz进行解调时，在废气的流量为流量40Nm3/h以下时，噪声的大小不变化，但在从流量50Nm3/h到90Nm3/h的范围内，噪声较大地变化。而且，以频率20kHz进行解调时，废气的流量为流量60Nm3/h以下时，噪声的大小较大地变化，但在从流量60Nm3/h到100Nm3/h的范围内，噪声的大小几乎不变。这样，根据频率，容易检测的流量的范围不同。由此以多个频率进行解调，使用其检测结果来算出流量，由此能够以更高的精度算出流量。需要说明的是，流量测定装置10也可以根据废气的流量，对算出计算结果的解调频率进行切换。
例如，在根据200kHz的噪声算出的废气的流量和根据20kHz的噪声算出的废气的流量下，算出的流量不同时，根据流量的大小，判定优先度，将优先顺序高的计测结果作为废气的流量。具体而言，在计算结果的流量成为60Nm3/h以下时，使用根据以20kHz解调的结果的噪声算出的流量，计算结果的流量比60Nm3/h大时，使用根据以200kHz解调的结果的噪声算出的流量。需要说明的是，也可以使用两个计算结果的相关关系进行计算。而且，还可以将平均值作为计算值。
另外，流量测定装置10可以通过流动方向检测单元18来检测废气A的流动方向。由此，即使在废气A发生脉动的情况下，也能够准确地把握废气A向哪个方向移动。由此，流量计测装置10除了废气A的流量之外，还能够算出废气A的流动方向，从而能够更准确地判定主管20内的废气A的流动。
需要说明的是，在本实施方式中，将检测元件62的一部分和检测元件64的一部分配置在出射管24的管内，但本发明并未限定于此。检测元件62和检测元件64优选在周向上配置在与入射管22、出射管24不同的位置。这样，通过将检测元件62、64配置在与入射管22、出射管24不同的位置，能够减少检测元件62、64对计测单元14的计测造成的影响。需要说明的是，检测元件62、64在主管20的轴向上优选形成为与入射管22、出射管24相同的位置。由此，能够使流动方向检测单元18的计测位置与计测单元14的计测位置为相同位置。
另外，在以两个频率对受光信号进行解调的情况下，例如只要设置两个带通滤波器即可。
另外，解调的频率也不局限于两个，其个数并未限定。而且，在使用两个以上的以频率解调的结果时，只要基于计测结果的相关关系来算出废气的流量即可。即，对于预先以各频率进行了解调的情况，算出噪声与流量之间的关系，将多个计算结果进行相对比较，由此算出废气的流量。如此，通过增多解调的频率，能够以更高的精度来算出废气的流量。需要说明的是，在这样以多个频率进行解码时，可以按每个解码的频率来设置带通滤波器，但也可以通过上述的FFT转换装置、频谱分析仪在一定波长域对受光波长进行解析，由此进行解调。需要说明的是，在能够切换（调整）解调的频率的情况下，优选的是，在废气的流量少（低流量）时，增多净化流量，在废气的流量多（高流量）时，减少净化流量。由此，能够提高计测灵敏度。需要说明的是，用于进行判定的流量既可以使用刚刚之前的流量，也可以使用通过估算而算出的流量。
在此，流量测定装置10还优选基于流过入射管22的净化气体G的流量来算出废气A的流量。具体而言，优选按净化气体G的流量来计测上述的噪声的大小与废气A的流量之间的关系，并对计测出的关系进行存储，计测流过入射管22的净化气体G的流量，基于计测结果，来选择使用的噪声的大小与废气的流量之间的关系。
以下，使用图8，说明基于净化气体G的流量算出废气A的流量的方法。在此，图8是表示频率与噪声之间的关系的坐标图。图8中，纵轴为噪声（dB），横轴为频率（kHz）。需要说明的是，频率是对通过受光部44检测到的受光信号进行解调的频率。图8表示净化流量为1l/min、5l/min、10l/min时计测频率与噪声之间的关系的结果。需要说明的是，测定除了净化流量以外，在同一条件下进行。如图8所示，当净化流量变化时，频率与噪声之间的关系也变化。即，即便以同一频率进行解调，当净化流量变化时，噪声的大小也变化。
相对于此，也基于流过入射管22的净化气体G的流量，算出废气A的流量，由此能够以高精度计测废气A的流量。即，通过净化流量的变化，能够抑制废气A的流量的计测结果产生误差的情况。需要说明的是，在净化流量不变化的结构的情况下，根据净化气体G的流量，即使不切换使用的噪声的大小与废气A的流量之间的关系，也能够以高精度进行计测。
另外，在上述中，根据净化流量，来选择使用的噪声的大小与废气的流量之间的关系，但本发明并未限定于此。例如，也可以以检测的噪声成为规定的范围的方式调整净化流量。即，也可以以噪声成为容易进行计测的范围的方式积极地调整净化流量。例如，在废气的流量少（低流量）时，通过增多净化流量而能够提高计测灵敏度。而且，在废气的流量多（高流量）时，通过减少净化流量而能够提高计测灵敏度。
在此，在流量测定装置10中，使用了流动方向检测单元18，该流动方向检测单元18检测废气的流动方向的废气的压力，并基于该压力差来算出废气的流动方向，但本发明并未限定于此。以下，使用图9A、图9B、图10至图13，说明流动方向检测单元的另一例。
首先，使用图9A及图9B，说明流动方向检测单元的另一例。在此，图9A是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图，图9B是从图9A的Z方向观察流动方向检测单元而得到的示意图。图9A所示的流动方向检测单元150具有薄膜环152、4个应变仪154、应变仪放大器156。薄膜环152是外径比主管20的内径大的圆环、即环状的构件，一个表面和入射管22及出射管24的内表面与主管20连接。薄膜环152的内径侧的一部分比主管20的内径小，一部分向主管20的内径侧露出。而且，薄膜环152是薄板状的构件，由于废气在主管20内流动而变形（挠曲）。
如图9B所示，应变仪154配置在薄膜环152的表面，与薄膜环152一起变形，由此检测薄膜环152的变形。需要说明的是，应变仪154按照电阻的变化来检测变形。需要说明的是，在本实施方式中，将应变仪154设置在四个部位，但应变仪154的个数、配置位置并未特别限定。应变仪154将检测到的变形作为电信号，向应变仪放大器156发送。
应变仪放大器156将从应变仪154发送来的电信号放大，作为检测值进行检测。而且，应变仪放大器156根据应变仪154的检测值来检测薄膜环152的变形方向。即，应变仪放大器156检测薄膜环152是向从配管8的出口朝向废气的产生装置的方向变形，还是向从废气的产生装置朝向配管8的出口的方向变形。应变仪放大器156检测了应变仪154及薄膜环152的变形方向之后，基于该方向，来检测废气的流动方向。具体而言，应变仪放大器156在薄膜环152向从配管8的出口朝向废气的产生装置的方向变形时，检测为废气沿着从配管8的出口朝向废气的产生装置的方向流动，在薄膜环152向从废气的产生装置朝向配管8的出口的方向变形时，检测为废气沿着从废气的产生装置朝向配管8的出口的方向流动。
这样，即使将流动方向检测单元150设为将向主管20的废气流动的区域变形的构件（薄膜环152）和对该变形的构件的变形及变形方向进行检测的应变仪154组合的结构，也能够检测废气的流动方向。这样，通过能够检测废气的流动方向，而能够更适当地算出主管20内的废气的流动、流量。
需要说明的是，在上述实施方式中，将薄膜环152设置在周向的整周，但本发明并未限定于此。例如，也可以在与入射管22、出射管24对应的区域进行切口。而且，因废气流动而变形的构件并未限定为薄膜环152那样的环形状。例如，可以将因废气流动而变形的构件形成为仅配置应变仪154的测定位置从主管20突出的形状。如此，通过减少向主管20的内部突出的部分，能够进一步减少流动方向检测单元150对废气的流动造成的影响。
接下来，使用图10，说明流动方向检测单元的另一例。图10是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图。需要说明的是，在图10中，简略表示计测单元14的局部结构。图10所示的流动方向检测单元160具有配置于入射管22a的两个发光部162a、162b、配置于出射管24a的两个受光部164a、164b、两个流量计166a、166b、相位判别部168。
发光部162a在废气的流动方向上，配置在比发光部162b更接近废气的产生装置的一侧。而且，受光部164a也在废气的流动方向上，配置在比受光部164b更接近废气的产生装置的一侧。即，发光部162a、受光部164a配置在比发光部162b、受光部164b更接近废气的产生装置的一侧，发光部162b、受光部164b配置在比发光部162a、受光部164a更靠配管8的出口侧。从发光部162a射出的光通过主管20向受光部164a入射。从发光部162b射出的光通过主管20向受光部164b入射。
流量计166a基于从发光部162a射出的光与由受光部164a接受到的光之间的关系，计测流过主管20的废气的流量。流量计166b基于从发光部162b射出的光与由受光部164b接受到的光之间的关系，计测流过主管20的废气的流量。这样，发光部162a、受光部164a、流量计166a成为1个计测单元，发光部162b、受光部164b、流量计166b也成为1个计测单元。即，流动方向检测单元160具备两个计测单元，各个计测单元计测气体流量。
接下来，相位判别部168基于由流量计166a算出的流量的变化和由流量计166b算出的流量的变化，判定废气的流动方向。具体而言，在发光部162a、受光部164a、流量计166a、发光部162b、受光部164b、流量计166b中，在废气的流动方向上，计测废气的流量的位置成为不同的位置。因此，在流量发生变化的情况下，产生一定的时间延迟。即，计测的流量产生相位差。相位判别部168根据该流量的相位差来算出废气的流动方向。具体而言，相位判别部168在由流量计166a计测的流量相对于由流量计166b计测的流量发生相位延迟时，判定为废气从配管8的出口朝向废气的产生装置流动。而且，相位判别部168在由流量计166b计测的流量相对于由流量计166a计测的流量发生相位延迟时，判定为废气从废气的产生装置朝向配管8的出口流动。
这样，在具备多个计测废气的流量的单元且在废气的流动方向上配置在不同的位置时，基于该计测值的时间延迟，能够检测废气的流动方向。而且，根据废气的流量而能够检测废气的流动方向，因此仅通过设置运算功能，而不用追加其他的结构，就可以检测废气的流动方向。
需要说明的是，废气的流量计测单元也可以如上述那样计测在废气中包含的特定的物质的浓度。
另外，在图10所示的例子中，在1个入射管22a上设置两个发光部162a、162b，在1个出射管24a上设置了两个受光部164a、164b，但也可以设置于不同的管。以下，使用图11进行说明。在此，图11是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图。图11所示的流动方向检测单元170具有配置于入射管171a的发光部172a、配置于入射管171b的发光部172b、配置于出射管173a的受光部174a、配置于出射管173b的受光部174b、两个流量计166a、166b、相位判别部168。需要说明的是，两个流量计166a、166b和相位判别部168与上述的图10所示的各部为同样的结构。
入射管171a和出射管173a分别为圆筒形状，且配置在圆筒的轴重合的位置。由此，从配置于入射管171a的发光部172a射出的光通过主管20，向配置于出射管173a的受光部174a入射。而且，入射管171b和出射管173b也是分别为圆筒形状，且配置在圆筒的轴重合的位置。由此，从配置于入射管171b的发光部172b射出的光通过主管20，向配置于出射管173b的受光部174b入射。而且，入射管171a、发光部172a、出射管173a、受光部174a配置在比入射管171b、发光部172b、出射管173b、受光部174b更靠废气的产生装置侧。
即使如流动方向检测单元170那样分别设有对流量进行计测的计测单元的情况下，通过与流动方向检测单元160同样的方法，能够算出废气的流动方向。需要说明的是，在图11所示的流动方向检测单元170中，将对流量进行计测的单元（测定光的行进方向）配置在与废气的流动方向正交的方向上，但也可以倾斜规定角度。
在图10或图11所示的流动方向检测单元中，将对流量进行计测的单元（测定光的行进方向）平行配置，但本发明并未限定于此。以下，使用图12进行说明。在此，图12是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图。
图12所示的流动方向检测单元180具有配置于入射管181a的发光部182a、配置于入射管181b的发光部182b、配置于出射管183a的受光部184a、配置于出射管183b的受光部184b、两个流量计186a、186b、方向判定部188。
入射管181a和出射管183a分别为圆筒形状，且配置在圆筒的轴重合的位置。由此，从配置于入射管181a的发光部182a射出的光通过主管20，向配置于出射管183a的受光部184a入射。而且，入射管181b和出射管183b分别为圆筒形状，且配置在圆筒的轴重合的位置。由此，从配置于入射管181b的发光部182b射出的光通过主管20，向配置于出射管183b的受光部184b入射。
在此，在本实施方式中，入射管181a配置在比入射管181b靠废气的产生装置侧，出射管183a配置在比出射管183b靠配管8的出口侧。而且，分别从发光部182a、182b输出的光的行进方向相对于与废气的流动正交的方向倾斜规定角度。具体而言，从发光部182a输出的光沿着从与废气的流动正交的方向向配管8的出口侧倾斜的方向射出。从发光部182b输出的光沿着从与废气的流动正交的方向向废气的产生装置侧倾斜的方向射出。需要说明的是，从发光部182a到受光部184a的路径与从发光部182b到受光部184b的路径成为大致相同长度。
流量计186a基于从发光部182a射出的光与由受光部184a接受到的光之间的关系，计测流过主管20的废气的流量。流量计186b基于从发光部182b射出的光与由受光部184b接受到的光之间的关系，计测流过主管20的废气的流量。
方向判定部188基于通过流量计186a和流量计186b分别检测到的流量，检测废气的流动方向。具体而言，流动方向检测部180中，根据废气的流动方向，通过流量计186a和流量计186b中的任一方计测的流量增大。这可认为是由于入射管181a、181b与主管20所成的角不同，从而形成的温度边界层发生变化的缘故。方向判定部188判定该检测值之差、及哪一个检测值更大，基于该判定结果来检测废气的流动方向。
即使使用流动方向检测单元180那样的结构，也能够更适当地检测废气的流动方向。而且，也能够判定计测单元的单元中的哪一个能够更适当地检测废气的流量。
接下来，使用图13，说明流动方向检测单元的另一例。在此，图13是表示流动方向检测单元的另一例的概略结构的示意图。图13所示的流动方向检测单元190是使用超声波来检测废气的流动方向的单元，具有入射管192、发送部193、出射管194、接收部195、方向判定部196。
入射管192和出射管194分别为圆筒形状，且配置在圆筒的轴重合的位置。而且，入射管192配置在比出射管194靠配管8的出口侧。即，入射管192和出射管194相对于与废气的流动正交的方向倾斜规定角度。
发送部193是输出超声波的发送设备，从入射管192朝向主管20输出超声波。接收部195配置在出射管194，接收从发送部193输出，从入射管192通过主管20而到达了出射管194的超声波。需要说明的是，超声波的行进方向相对于与废气的流动正交的方向倾斜规定角度。具体而言，从发送部193输出的光沿着从与废气的流动正交的方向向废气的产生装置侧倾斜的方向射出。
方向判定部196基于由发送部193发送的超声波的频率（波长）和由接收部195接收的超声波的频率（波长），检测废气的流动方向。具体而言，方向判定部196在判定为超声波的频率比基准值大（波长变短）之后，判定为废气从废气的产生装置朝向配管8的出口流动。而且，方向判定部196在判定为超声波的频率比基准值小（波长变长）之后，判定为废气从配管8的出口朝向废气的产生装置流动。
如流动方向检测单元190那样即使通过使用超声波也能够检测废气的流动方向。
在此，检测废气的流动方向的单元并未限定为上述实施方式，可以使用各种方法。
在此，流量测定装置10优选在温度边界层的周边设置产生紊流的紊流产生部。以下，使用图14A及图14B进行说明。图14A是表示流量测定装置的其他的实施方式的一部分的概略结构的示意图，图14B是图14A的局部放大图。
图14A所示的计测元件90具有成为紊流产生部的突起部92。突起部92配置在主管20的、废气的流动方向上比入射管22靠上游侧且入射管22的附近，即，主管20与入射管22的连接部的附近。突起部92在废气的流动的上游侧成为凸形，如图14B所示，在比突起部92靠下游侧产生紊流。
这样通过设置成为紊流产生部的突起部92，而能够在激光的通过路径上产生紊流（卡门涡旋等），比温度边界层更加紊乱，因此能够进一步增大噪声。如此，通过能够增大噪声，而能够容易地计测。由此，能够进一步提高计测灵敏度。如此，通过能够容易地计测噪声，也能够容易地算出流量。而且，通过增大成为检测值的噪声，能够以更高的灵敏度进行计测。即，通过设置紊流产生部，能够进一步增大与废气的流量的变化相对的噪声的大小（受光信号的特性）的变化，由此，能够以更高精度来计测流量。
在此，流量测定装置10除了废气的流量之外，也可以测定在废气中包含的特定的物质的浓度。需要说明的是，流量测定装置10可以基本上不设置新装置，而基于检测值利用计算部进行计算，从而计测浓度。
首先，在计测浓度时，使发光部40成为发出测定对象的物质吸收的近红外波长域的激光的发光元件。例如，在计测对象为一氧化氮的情况下，发光部40具有发出吸收一氧化氮的近红外波长域的激光的发光元件。而且，在计测对象为二氧化氮的情况下，发光部40具有发出吸收二氧化氮的近红外波长域的激光的发光元件。而且，在计测对象为一氧化二氮的情况下，发光部40具有发出吸收一氧化二氮的近红外波长域的激光的发光元件。需要说明的是，在测定对象为多个物质时，发光部40也可以具备多个输出吸收各个物质的波长域的光的发光元件。而且，光源驱动器46、控制部50将从发光部40输出的激光的强度的信息向计算部48输出。
计算部48基于从受光部44发送的信号（受光信号）和通过控制部50来驱动光源驱动器46的条件，算出计测对象的物质的浓度。具体而言，计算部48基于通过控制部50驱动光源驱动器46的条件，算出从发光部40输出的激光的强度，基于从受光部44送出的受光信号，算出接受到的激光的强度。计算部48将该发光的激光的强度与受光的激光的强度进行比较，算出在废气A中包含的测定对象的物质的浓度。
具体而言，从发光部40输出的近红外波长域的激光L在从光纤42通过了计测元件12的规定路径、具体而言是窗26、入射管22、主管20、出射管24、窗28之后，到达受光部44。此时，当计测元件12内的废气A中包含测定对象的物质时，通过计测元件12的激光被吸收。因此，激光L根据废气A中的测定对象的物质的浓度，到达受光部44的激光的输出发生变化。受光部44将接受到的激光转换成受光信号，向计算部48输出。而且，控制部50及光源驱动器46将从发光部40输出的激光L的强度向计算部48输出。计算部48将从发光部40输出的光的强度与从受光信号算出的强度进行比较，根据其减少比例来算出在计测元件12内流动的废气A的测定对象物的浓度。这样，计测单元14通过使用所谓TDLAS方式（Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy：可变波长二极管激光分光法），基于输出的激光的强度和由受光部44检测的受光信号，能够算出及/或计测通过主管20内的规定位置、即测定位置的废气A中的测定对象物质的浓度。而且，计测单元14能够连续地算出及/或计测测定对象物质的浓度。
需要说明的是，流量测定装置10在也计测气体中含有的特定物质的浓度时，通过调整装置，具体而言，通过调整输出的激光的波长，而能够计测各种物质的浓度。作为测定对象，而例示了氮氧化物、硫化氧化物、一氧化碳、二氧化碳、氨气等作为各种物质。
这样，流量测定装置10基本上不增加装置结构，而能够同时地计测废气的流量和特定物质的废气中的浓度。需要说明的是，在上述实施方式中，能够以更高的精度且仅选择所希望的物质进行计测，因此通过TDLAS方式计测了浓度，但本发明并未限定于此，也可以使用接受通过了主管内的激光而计测浓度的各种方法。
接下来，使用图15A至图15C，说明流量测定装置的另一实施方式。在此，图15A是表示流量测定装置的另一实施方式的受光部的概略结构的示意图。图15B及图15C是用于说明图15A所示的流量测定装置的动作的说明图。需要说明的是，具有图15A所示的受光部的流量测定装置除了受光部的形状之外，其他的结构与上述的流量测定装置10相同。
图15A所示的受光部100具有4个受光元件102、104、106、108。在此，受光元件102、104、106、108分别是光电二极管（PD，Photodiode）等光检测器，将接受到的激光的强度（光量）作为受光信号向计算部48发送。而且，4个受光元件102、104、106、108为同一形状，且相邻配置。具体而言，受光元件102的一边与受光元件104相接，且与该一边相接的另一边与受光元件106相接。而且，受光元件104的一边与受光元件102相接，且和该一边相接的另一边与受光元件108相接。而且，受光元件106的一边与受光元件102相接，且和该一边相接的另一边与受光元件108相接。而且，受光元件108的一边与受光元件106相接，且和该一边相接的另一边与受光元件104相接。即，受光部100是如下结构：在设定以中心为原点而各元件的边界的边为x轴、y轴的xy平面时，在第一象限配置受光元件102，在第二象限配置受光元件106，在第三象限配置受光元件108，在第四象限配置受光元件104。
该受光部100例如若在激光通过温度边界层时不使其折射，则如图15B所示，激光110到达上述的原点部分，从而光均等地到达4个受光元件102、104、106、108。相对于此，若激光110通过温度边界层时发生折射，则例如图15C所示，激光110的到达位置向受光元件104侧移动，成为受光元件106未接受激光的状态。这样，受光部100在激光110的到达位置偏移时，各受光元件接受的光发生增减，受光信号发生变动。而且，虽然各受光元件的受光光量发生变动，但通过将4个受光元件102、104、106、108接受到的光的强度合计，而能够算出到达的激光110的总量。
由此，具有受光部100的流量测定装置能够根据1个受光元件接受到的受光信号的噪声来算出废气的流量。而且，能够根据4个受光元件接受到的受光信号的总量来计测测定对象的废气浓度。由此，即使在激光的到达位置发生了变化的情况下，也能够将到达的光全部接受，根据该接受到的强度而计测测定对象的浓度，因此能够以更高的精度来计测测定对象的浓度。
另外，在上述实施方式中，根据由1个受光元件检测到的受光信号的噪声，利用上述的方法算出了流量，当并未限定于此。例如，也可以将各受光元件的受光量进行比较而算出流量。即，作为噪声，也可以算出4个受光元件102、104、106、108的相对变化。具体而言，也可以根据受光量的增减，算出激光的起伏、变动、及移动量，根据其结果来算出流量。
例如，当净化流量与废气的流量之间的相对关系发生变化时，温度边界层的形状也变化。由此，激光的起伏的频率、变动速度及距原点的最大移动距离发生变化。计算部48存储预先通过实验等算出的它们的关系，基于受光信号，根据存储为算出的结果（各受光元件的受光量之比、变化的频率等）的关系，而算出流量。
另外，计算部48也可以根据4个受光元件102、104、106、108的相对关系，算出激光110的到达位置，并根据该到达位置与原点的距离，算出废气的流量。即，如上述那样，激光的最大移动距离（距原点的位移量）可以根据净化流量与废气的流量之间的相对关系来算出。由此，即便通过算出激光的移动距离，也能够算出废气的流量。
需要说明的是，在上述实施方式中，基于4个受光元件的受光量的平衡而算出了激光的到达位置，但本发明并未限定于此。使用图16，说明受光部的另一例。在此，图16是表示受光部的另一例的概略结构的示意图。图16所示的受光部130将受光元件132配置成矩阵状。具体而言，64个受光元件132以各纵8个、横8个的矩阵配置。受光部130的64个受光元件132分别将受光信号向计算部48发送。
这样，通过将受光元件配置成矩阵状，也能够基于接受到的受光元件的位置而算出激光的到达位置。例如，在激光140到达8×8的中心时，中央的4个受光元件检测光。这种情况下，只要将4个受光元件的中心设定为到达位置即可。而且，即使在激光移动而激光的到达位置成为位置142时，只要将接受到的4个受光元件的中心设定为到达位置即可。而且，在激光进一步移动而激光的到达位置成为了位置144时，接受光的受光元件成为1个。这种情况下，只要将这1个受光元件的位置设定为到达位置即可。
这样，通过将多个受光元件配置成矩阵状，即使不检测受光量的平衡，也能够检测激光的到达位置。而且，流量测定装置可以根据到达位置的信息来算出流量。需要说明的是，受光元件的配置顺序并未限定为本实施方式。例如，在中心部附近，将受光元件配置于光，以随着从中心离开而变稀疏的方式配置。
需要说明的是，流量测定装置并未限定为上述实施方式。流量测定装置可以使用如下的各种方法，即，利用根据废气的流量与净化气体的流量之间的相对关系而激光的到达位置变动的特性发生变化的情况，基于受光部的受光信号而算出废气的流量。即，本发明的流量测定装置基于从受光部送出的受光信号，算出激光的到达位置变动的各种特性（噪声、变动位置、移动距离），另外也可以根据需要加入净化气体的流量，由此算出废气的流量。
需要说明的是，如上所述，通过将净化气体供给管30、32的吹出口朝向窗26、28侧配置，而能够高效率地向窗26、28周边供给净化气体，能够更可靠地防止窗26、28被污染的情况。因此，优选将净化气体供给管30、32的吹出口朝向窗26、28侧配置，但本发明并未限定于此。例如，也可以朝向与入射管、出射管的轴垂直的方向排出净化气体。
另外，在上述实施方式中，将入射管和出射管设置在同轴上，但并未限定于此。例如，也可以在计测元件内设置光学反射镜，使从入射管的窗入射的激光由计测元件内的光学反射镜进行了多重反射之后，使其到达出射管的窗。这样，通过使激光进行多重反射，而能够使其通过计测元件内的更多的区域。由此，能够减小在计测元件内流动的废气的浓度的分布（废气的流量或密度的变动、废气内的浓度分布的变动）的影响，从而能够准确地检测浓度。
另外，在上述实施方式中，均将计测元件的主管与使废气流动的配管设为不同构件，但也可以设为一体。例如，可以将计测元件的主管与排出废气的装置直接连结。
另外，计测元件的主管的管形状只要能够使激光通过即可，可以是截面为圆的管，也可以是截面为多边形的管，还可以是截面为椭圆形的管。而且，管的内周的截面与外周的截面可以成为不同的形状。而且，入射管、出射管也并未限定为上述的形状。
另外，在上述实施方式中，计测了流过配管的气体的流量，但本发明并未限定于此，也可以进行流速的计测。例如，通过使用上述的受光信号与流量之间的关系、及流量与流速之间的关系，而能够算出流速。即，由于配管的直径恒定，因此通过将算出的流量除以配管的直径而能够算出流速。而且，可以如受光信号与流量之间的关系那样，预先算出关系，由此根据受光信号的计测值来算出流速。即，能够通过变更基于计算部的计算方法、计算式，而使用流量测定装置作为流速测定装置。而且，也可以使流量测定装置具有流速测定功能。这样，即使在计测流速的情况下，也能够如上述那样，高响应性地进行计测，且能够进行严格环境下的计测。而且，这样，在计测废气的流速的情况下，也可以与废气的流动方向一起进行检测，由此能够更适当地检测废气的流动。
另外，在计测流速时，并未限定为计测在配管（流路）内流动的气体（流体）的流速，可以将入射管与出射管之间（激光的通过路径）作为测定区域，而计测流过该测定区域的流体的流速。即，并未限定为流过闭合的流路的流体，也可以计测流过开放的测定区域的流体的流速。
以下，使用图17、图18A及图18B，说明流速测定装置的一例。在此，图17是表示本发明的流速测定装置的一实施方式的概略结构的示意图。而且，图18A是将图17所示的流速测定装置的计测元件的一部分放大表示的放大示意图，图18B是从与废气流动方向平行的方向观察图17所示的流速测定装置的计测元件而得到的示意图。需要说明的是，流速测定装置200中，仅是与排出废气的排出供给装置及其配管之间的关系与计算部210的计算方法不同，其他的结构与流量测定装置10相同。因此，对于流速测定装置200中的与流量测定装置10同样的结构的部分标注同一标号，省略其说明，以下，对流速测定装置200特有的结构进行说明。
如图17所示，流速测定装置200具有计测元件202、计测单元204、净化气体供给单元16，计测从配管9排出的废气A通过规定的测定区域时的流速。需要说明的是，从配管9排出的废气中，一部分的废气A通过测定区域，一部分的废气A’不通过测定区域。
计测元件202基本上具有入射管22和出射管24。而且，在入射管22设有窗26和净化气体供给管30，出射管24设有窗28和净化气体供给管32。即，计测元件202除了不具备主管以外，与计测元件12为同样的结构。接下来，说明入射管22和出射管24的配置位置。
如图17、图18A及图18B所示，入射管22在废气A的排出方向上在比配管9的终端靠下游侧且在距配管9离开一定距离的位置上配置。而且，如图18B所示，入射管22的一方的端部（排出净化气体G的端部）配置在比由配管9的开口面的延长线包围的区域靠内侧。
另外，出射管24也在废气A的排出方向上在比配管9的终端靠下游侧且在距配管9离开一定距离的位置上配置。而且，如图18B所示，出射管24的一方的端部（排出净化气体G的端部）配置在比由配管9的开口面的延长线包围的区域靠内侧。而且，出射管24与入射管22相对配置。具体而言，一方的端部在与入射管22的一方的端部面对的位置且使废气A在入射管22与出射管24之间流动的位置配置。需要说明的是，入射管22和出射管24可以通过任意的支承部来将配置位置固定。
计测元件202为这种结构，从窗26向入射管22入射的激光L通过入射管22与出射管24之间的空间（测定区域）。通过了该测定区域的激光L通过出射管24、窗28，由受光部44接受。
接下来，计测单元204具有发光部40、光纤42、受光部44、光源驱动器46、计算部210、控制部50。需要说明的是，发光部40、光纤42、受光部44、光源驱动器46、控制部50与上述的计测单元14的各部相同，因此省略说明。
计算部210如上述那样预先存储受光信号与流速之间的关系，基于从受光部44送出的受光信号，算出流过测定区域的废气A的流速。需要说明的是，关于计算，在后面说明。
流速测定装置200通过净化气体供给单元16而向入射管22及出射管24供给净化气体G。而且，从配管9排出的废气A在测定区域（即，入射管22及出射管24之间）流动。由此，如图18A及图18B所示，在入射管22的净化气体G的出口（一方的端部）形成有因净化气体G与废气A混杂而产生的温度边界层220。如此，通过形成温度边界层220，而受光信号产生（噪声）变动。而且，该变动根据净化气体G的流速与废气A的流速之间的关系而变化。
通过实验等预先算出该流速与受光信号的变动之间的关系而存储在计算部210中，在计测时，基于受光信号而算出流速。即，虽然计算结果从流量变为流速，但基本上与上述的方法同样地算出流速。
如此，流速测定装置能够通过向入射管供给净化气体，并使激光通过测定区域，对其受光信号进行计测，而算出流速。而且，流速测定装置可以不像本实施方式那样设置使测定对象的废气流动的主管而进行测定。因此，能够自由地设定测定区域，能够进一步提高计测的自由度。例如通过使入射管与出射管的距离变化为各种距离，而能够计测各位置处的流速。而且，也可以将距废气的排出开口的距离形成为各种距离。此外，例如，也能够计测配管内的任意的位置的流速等。
另外，这样，在检测流过配管以外的区域的流体的流速时，也能够通过流动方向检测单元来检测废气的流动（测定区域的流动），由此更适当地检测测定对象的流体的流动。而且，作为流动方向检测单元，可以使用上述的各种方法。
需要说明的是，在流速测定装置的情况下，也可以基于其他各种条件，存储多个受光信号与流速之间的关系，并基于各种条件，通过切换使用的关系而更准确地计算。
另外，上述实施方式均将气态的气体作为测定对象，但在液体的情况下也能够同样地计测流量和流速。即，只要为流体即可，无论是气体还是液体都能够计测。需要说明的是，在对液体的流量、流速进行计测时，优选使用液体作为净化流体。
【工业实用性】
如以上所述，本发明的流量测定装置及流速测定装置在流体的流量或流速的计测中有用。
【标号说明】
6、8配管
10流量测定装置
12计测元件
14计测单元
16净化气体供给单元
18流动方向检测单元
20主管
22入射管
24出射管
26、28窗
30、32净化气体供给管
40发光部
42光纤
44受光部
46光源驱动器
48计算部
50控制部
52泵
54干燥器
56流量计
62、64检测元件
66差压检测器
200流速测定装置

Claims (24)

1.一种流量测定装置，其特征在于，具有：
计测元件，由主管、入射管、出射管及第一净化流体供给管构成，所述主管的两端开放且分别能够与流过流体的流路连结，所述入射管与所述主管连结且在与所述主管连结的一侧的相反侧的端部形成有能够使光通过的窗部，所述出射管与所述主管连结且在与所述主管连结的一侧的相反侧的端部形成有能够使光通过的窗部，所述第一净化流体供给管与所述入射管连结；
净化流体供给部，向所述计测元件的所述第一净化流体供给管供给净化流体；
发光部，使激光向所述入射管入射；
受光部，接受从所述入射管入射且通过所述计测元件而从所述出射管射出的所述激光，并将接受到的光量作为受光信号输出；
计算部，基于从所述受光部输出的受光信号，算出流过所述计测元件的流体的流量；
流动方向检测部，检测流过所述计测元件的流体的流动方向；及
控制部，控制各部的动作。
2.根据权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，
所述流动方向检测部具有对来自与流动方向平行的两方向的压力差进行检测的差压检测部，基于由所述差压检测部检测到的压力差而检测流动方向。
3.根据权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，
所述流动方向检测部具有向所述流路露出且因流体的流动而变形的变形部，基于所述变形部的变形方向而检测流动方向。
4.根据权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，
至少具有两个由所述发光部、所述受光部、所述计算部构成的测定单元，
所述流动方向检测部基于由所述测定单元算出的流量的计算值而检测流动方向。
5.根据权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，
所述流动方向检测部具有：向所述流路输出超声波的超声波输出部；及接收从所述超声波输出部输出的超声波的超声波接收部，
基于由所述超声波接收部接收到的超声波的频率而检测流动方向。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计算部以1个频率对由所述受光部接受到的受光信号进行解调，基于解调后的信号的变动的大小而算出所述流体的流量。
7.根据权利要求1~5中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计算部以不同的两个频率分别对由所述受光部接受到的受光信号进行解调，基于解调后的两个频率的信号的变动的大小而算出所述流体的流量。
8.根据权利要求1~5中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计算部以多个不同的频率分别对由所述受光部接受到的受光信号进行解调，基于解调后的多个频率的信号的变动的大小而算出所述流体的流量。
9.根据权利要求6~8中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计算部预先存储算出的变动与流量之间的关系，基于所述关系和所述变动的大小而算出所述流体的流量。
10.根据权利要求6~8中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计算部按照流过所述入射管的净化流体的流量，存储所述变动与所述流体的流量之间的关系，
基于流过所述入射管的净化流体的流量和所述变动而算出所述流体的流量。
11.根据权利要求10所述的流量测定装置，其特征在于，
所述控制部算出在包括由所述计算部算出的所述流体的流量在内的区域上变动的变化量增大的所述净化流体的流量，基于计算结果而调整从所述净化流体供给部向所述第一净化流体供给管供给的净化流体的流量。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计算部还基于从所述发光部输出的激光的强度和由所述受光部接受到的激光的强度，算出流过所述计测元件的排放流体的测定对象的物质的浓度。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述受光部具有相邻配置的多个受光元件，将由各受光元件接受到的光量作为受光信号输出，
所述计算部基于从各受光元件发送的受光信号的强度的比较而算出所述流体的流量。
14.根据权利要求13所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计算部基于从各受光元件发送的受光信号的强度的比较而算出所述激光的到达位置，基于所述到达位置与基准位置之间的偏差而算出所述流体的流量。
15.根据权利要求13或14所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计算部还基于从各受光元件发送的受光信号的强度的总量和由所述受光部接受到的激光的强度，算出流过所述计测元件的排放流体的测定对象的物质的浓度。
16.根据权利要求1~15中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计测元件在所述主管的、所述流体的流动方向上的所述入射管的上游侧且所述入射管的附近具有使所述入射管的附近的空气的流动成为紊流的紊流产生部。
17.根据权利要求1~16中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
还具有与所述出射管连结的第二净化流体供给管，
所述净化流体供给部也向所述第二净化流体供给管供给净化流体。
18.根据权利要求1~17中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述计算部还基于从所述受光部输出的受光信号，计测流过所述计测元件的所述主管的流体的流速。
19.根据权利要求1~18中任一项所述的流量测定装置，其特征在于，
所述流体为气体。
20.一种流速测定装置，其特征在于，具有：
计测元件，由入射管、出射管及第一净化流体供给管构成，所述入射管中，一方的端部是面向测定区域的开口，并在相反侧的端部形成有能够使光通过的窗部，所述出射管中，一方的端部是与所述入射管相对且面向所述测定区域的开口，并在相反侧的端部形成有能够使光通过的窗部，所述第一净化流体供给管与所述入射管连结；
净化流体供给部，向所述计测元件的所述第一净化流体供给管供给净化流体；
发光部，使激光向所述入射管入射；
受光部，接受从所述入射管入射且通过所述测定区域而从所述出射管射出的所述激光，并将接受到的光量作为受光信号输出；
计算部，基于从所述受光部输出的受光信号，算出流过所述测定区域的流体的流速；
流动方向检测部，检测流过所述测定区域的流体的流动方向；及
控制部，控制各部的动作。
21.根据权利要求20所述的流速测定装置，其特征在于，
所述流动方向检测部具有对来自与流动方向平行的两方向的压力差进行检测的差压检测部，基于由所述差压检测部检测到的压力差而检测流动方向。
22.根据权利要求20所述的流速测定装置，其特征在于，
所述流动方向检测部具有向所述测定区域露出且因流体的流动而变形的变形部，基于所述变形部的变形方向而检测流动方向。
23.根据权利要求20~22中任一项所述的流速测定装置，其特征在于，
所述计测元件具有主管，所述主管分别与所述入射管的一方的端部及所述出射管的一方的端部连结，且供测定对象的流体流过，
所述测定区域是所述主管的一部分。
24.根据权利要求20~23中任一项所述的流速测定装置，其特征在于，
所述流体为气体。
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