JP2000304692A - ファイバオプチックプローブおよび水蒸気タービン中の水分の測定方法 - Google Patents
ファイバオプチックプローブおよび水蒸気タービン中の水分の測定方法Info
- Publication number
- JP2000304692A JP2000304692A JP2000086238A JP2000086238A JP2000304692A JP 2000304692 A JP2000304692 A JP 2000304692A JP 2000086238 A JP2000086238 A JP 2000086238A JP 2000086238 A JP2000086238 A JP 2000086238A JP 2000304692 A JP2000304692 A JP 2000304692A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- fiber optic
- probe
- steam
- intensity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 46
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000004064 dysfunction Effects 0.000 description 1
- 239000013305 flexible fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003189 isokinetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
- G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
- G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
- G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
- G01N2021/8528—Immerged light conductor
- G01N2021/8535—Immerged light conductor presenting a cut
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水蒸気タービンにおける水蒸気の水分または
質を測定するためのファイバオプチックプローブを提供
することを目的とする。 【解決手段】 水蒸気の水滴による前方散乱による吸光
度を測定するためのファイバオプチックプローブおよび
関連装置を説明する。また、水蒸気の湿り度の測定値を
生じるために光透過度を分析するための装置を説明す
る。
質を測定するためのファイバオプチックプローブを提供
することを目的とする。 【解決手段】 水蒸気の水滴による前方散乱による吸光
度を測定するためのファイバオプチックプローブおよび
関連装置を説明する。また、水蒸気の湿り度の測定値を
生じるために光透過度を分析するための装置を説明す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水蒸気タービン中の
水蒸気の水分または質を測定するためのファイバオプチ
ックプローブおよび装置に関する。
水蒸気の水分または質を測定するためのファイバオプチ
ックプローブおよび装置に関する。
【０００２】
【従来技術】水蒸気タービンにおける種々の位置での水
蒸気の質は、タービンの機械性能において大きな役割を
果たすので、重要なパラメータである。また、水蒸気の
質を診断目的および機能障害の検出のために使用するこ
とができる。
蒸気の質は、タービンの機械性能において大きな役割を
果たすので、重要なパラメータである。また、水蒸気の
質を診断目的および機能障害の検出のために使用するこ
とができる。
【０００３】歴史的に、水蒸気の質を定めるのにコリメ
ータが使用されていた。適切な等動水蒸気試料を得るこ
との困難さにより、この方法の実用を制限していた。１
９８０年代初めに始まって、英国CEGBはサブミクロンの
大きさの水滴のサイズ分布および濃度の両方を特徴化す
るために水滴の前方光散乱特性に依存した光横断プロー
ブを開発した。光データを湿り度分率およびエンタルピ
ーに変換するために分析技術が開発された。CEGBはデー
タ換算方法はミー散乱理論に基づいており、計算はサイ
ズ分布を推論するために悪い状態のマトリックスの逆転
を伴う。CEGBはにより、熱率試験と平行して行われた幾
つかのＬＰ横行試験からの結果の比較は報告によれば非
常に良好であり、ＬＰ円筒体効率の差は平均して１％未
満であった。過去１５年の間、ヨーロッパおよび日本の
両方における調査により、凝縮エアロゾルの光散乱特性
に基づいて水蒸気の湿り度を測定する種々の同様の光学
技術の説明を公表してきた。
ータが使用されていた。適切な等動水蒸気試料を得るこ
との困難さにより、この方法の実用を制限していた。１
９８０年代初めに始まって、英国CEGBはサブミクロンの
大きさの水滴のサイズ分布および濃度の両方を特徴化す
るために水滴の前方光散乱特性に依存した光横断プロー
ブを開発した。光データを湿り度分率およびエンタルピ
ーに変換するために分析技術が開発された。CEGBはデー
タ換算方法はミー散乱理論に基づいており、計算はサイ
ズ分布を推論するために悪い状態のマトリックスの逆転
を伴う。CEGBはにより、熱率試験と平行して行われた幾
つかのＬＰ横行試験からの結果の比較は報告によれば非
常に良好であり、ＬＰ円筒体効率の差は平均して１％未
満であった。過去１５年の間、ヨーロッパおよび日本の
両方における調査により、凝縮エアロゾルの光散乱特性
に基づいて水蒸気の湿り度を測定する種々の同様の光学
技術の説明を公表してきた。
【０００４】米国特許第4,137,462号は水蒸気の質を測
定するプローブを述べている。単色光源からの光はファ
イバオプチック束により測定帯域に送られる。この光は
測定帯域を通過し、そして反射されて光検出器に戻され
る。光検出器は光の強さを測定する。この光の強さ対乾
いた水蒸気についての光の強さの比は含水量の測定度で
ある。
定するプローブを述べている。単色光源からの光はファ
イバオプチック束により測定帯域に送られる。この光は
測定帯域を通過し、そして反射されて光検出器に戻され
る。光検出器は光の強さを測定する。この光の強さ対乾
いた水蒸気についての光の強さの比は含水量の測定度で
ある。
【０００５】米国特許第4,497,577号は水蒸気湿り度測
定装置を述べており、この装置は光源と、装置を湿った
水蒸気の流れに挿入すると、測定空間を構成する部品
と、入射光ビームを光源から測定空間に送る光ファイバ
束と、入射光ビームを測定空間に照射することにより得
られる異なる散乱角度の複数の散乱光ビームを光電コン
バータに送る光ファイバ束とを備えている。
定装置を述べており、この装置は光源と、装置を湿った
水蒸気の流れに挿入すると、測定空間を構成する部品
と、入射光ビームを光源から測定空間に送る光ファイバ
束と、入射光ビームを測定空間に照射することにより得
られる異なる散乱角度の複数の散乱光ビームを光電コン
バータに送る光ファイバ束とを備えている。
【０００６】従来の湿り度プローブは広い波長範囲を有
する光を用いる前方光散乱設計を呈しておらず、また異
なる波長について散乱光の強さを測定しない。
する光を用いる前方光散乱設計を呈しておらず、また異
なる波長について散乱光の強さを測定しない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、広い波
長範囲にわたって前方散乱による吸光度を測定するため
の改良ファイバオプチックプローブが提供される。分光
透過率を分析してミー散乱理論に基づいた水滴サイズ分
布および液体ボリュームを生じる。
長範囲にわたって前方散乱による吸光度を測定するため
の改良ファイバオプチックプローブが提供される。分光
透過率を分析してミー散乱理論に基づいた水滴サイズ分
布および液体ボリュームを生じる。
【０００８】本発明によるファイバオプチックプローブ
は広い波長範囲を有する光源と、平行化レンズおよび反
射器により定められる散乱ボリュームを有するプローブ
先端部と、平行化光が上記ボリュームを通って移動し、
そして反射されてボリュームｗｐ通って上記平行化レン
ズに戻されるように、光を上記光源から上記平行化レン
ズへ送り出すためのファイバオプチックケーブルと、上
記の広い波長範囲にわたって複数のスペクトル線または
帯域を構成する回析格子へ反射光を送るためのファイバ
オプチックケーブルと、上記スペクトル線を受け、上記
スペクトル線または帯域の各々において光の強さを表す
電気出力信号を供給するフォトダイオード列とを備えて
いる。
は広い波長範囲を有する光源と、平行化レンズおよび反
射器により定められる散乱ボリュームを有するプローブ
先端部と、平行化光が上記ボリュームを通って移動し、
そして反射されてボリュームｗｐ通って上記平行化レン
ズに戻されるように、光を上記光源から上記平行化レン
ズへ送り出すためのファイバオプチックケーブルと、上
記の広い波長範囲にわたって複数のスペクトル線または
帯域を構成する回析格子へ反射光を送るためのファイバ
オプチックケーブルと、上記スペクトル線を受け、上記
スペクトル線または帯域の各々において光の強さを表す
電気出力信号を供給するフォトダイオード列とを備えて
いる。
【０００９】波長λの関数としての光の強さ(I/Io）の
減小率を測定することによって水蒸気を凝縮する際の湿
り度分率を算定する。この比は透過率と称し、２つの別
々の測定値により形成されている。散乱の無いスペクト
ル強さ(Io）の測定値は基準測定値であり、プローブ先
端部を乾いた水蒸気に入れて各波長における強さを得る
ことによって得られる。次いで、各波長における光の強
さの測定値を得、これらの測定値は各波長について記憶
された基準強さにより分割してスペクトル透過プロット
I/Ioを生じる。ゼロの光条件下で生じられる信号を引き
去ることによってフォトダイオード列のオフセット電圧
を除去する。
減小率を測定することによって水蒸気を凝縮する際の湿
り度分率を算定する。この比は透過率と称し、２つの別
々の測定値により形成されている。散乱の無いスペクト
ル強さ(Io）の測定値は基準測定値であり、プローブ先
端部を乾いた水蒸気に入れて各波長における強さを得る
ことによって得られる。次いで、各波長における光の強
さの測定値を得、これらの測定値は各波長について記憶
された基準強さにより分割してスペクトル透過プロット
I/Ioを生じる。ゼロの光条件下で生じられる信号を引き
去ることによってフォトダイオード列のオフセット電圧
を除去する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の水分測定装置は種々の位
置で水蒸気の質を測定するために水蒸気タービンに挿入
されるファイバオプチックプローブ１１（図１および図
２）を有している。このプローブは波長の広帯域を有す
る光を感知ボリュームに出力する手段を有している。種
々の波長の光は、２相水蒸気の流れにおける楕円面形水
滴によって水滴の直径対入射光の波長の比に応じて異な
って散乱される。前方散乱光は入射光の方向と整合され
た光である。しかしながら、一般に、光はマックスウエ
ルの等式から得られるミー理論により正確に定められ
る。これらの特徴の散乱光の強さのパターンは光透過効
率、簡単に言えば、水滴が存在しなくて透過された光の
強さIoに対する水滴を懸濁状態で含有する媒体を通して
透過された光の強さIの比の形で測定される。このスペ
クトル透過比は常に１より小さいか或いは１に等しく、
また主として、光の波長対水滴の直径の比（水滴のサイ
ズパラメータと称する）によって決まる。光の散乱は既
知のサイズパラメータおよび比屈折率についてのミー理
論に基づいて正確に定められるので、２相水蒸気の流れ
における測定は、(a）分光透過率を測定し、(b) ミー理
論を用いて測定光透過データから水滴のサイズ分布を推
論する方法となる。
置で水蒸気の質を測定するために水蒸気タービンに挿入
されるファイバオプチックプローブ１１（図１および図
２）を有している。このプローブは波長の広帯域を有す
る光を感知ボリュームに出力する手段を有している。種
々の波長の光は、２相水蒸気の流れにおける楕円面形水
滴によって水滴の直径対入射光の波長の比に応じて異な
って散乱される。前方散乱光は入射光の方向と整合され
た光である。しかしながら、一般に、光はマックスウエ
ルの等式から得られるミー理論により正確に定められ
る。これらの特徴の散乱光の強さのパターンは光透過効
率、簡単に言えば、水滴が存在しなくて透過された光の
強さIoに対する水滴を懸濁状態で含有する媒体を通して
透過された光の強さIの比の形で測定される。このスペ
クトル透過比は常に１より小さいか或いは１に等しく、
また主として、光の波長対水滴の直径の比（水滴のサイ
ズパラメータと称する）によって決まる。光の散乱は既
知のサイズパラメータおよび比屈折率についてのミー理
論に基づいて正確に定められるので、２相水蒸気の流れ
における測定は、(a）分光透過率を測定し、(b) ミー理
論を用いて測定光透過データから水滴のサイズ分布を推
論する方法となる。
【００１１】プローブ１１はプローブ管１２と、アダプ
タ１６に連結されたカラー１４により保持された交換可
能なプローブボディの先端部１３とを有している。プロ
ーブボディはファイバ束１８の端部と協動する平行化レ
ンズ１７を有している（図２）。反射器１９がこのレン
ズから間隔を隔てられている。平行化レンズと反射器と
の間の距離は測定または散乱ボリューム２１を定める。
プローブボディは所望の散乱長さを与えるように選択す
ることができる。２０ｍｍと４０ｍｍとの間の散乱長さ
が良好な光信号を生じた。プローブ管１２は、以下に説
明するように、散乱ボリュームを種々の位置に設定する
ことができるように、水蒸気タービンの出入ポートを通
って延びている。
タ１６に連結されたカラー１４により保持された交換可
能なプローブボディの先端部１３とを有している。プロ
ーブボディはファイバ束１８の端部と協動する平行化レ
ンズ１７を有している（図２）。反射器１９がこのレン
ズから間隔を隔てられている。平行化レンズと反射器と
の間の距離は測定または散乱ボリューム２１を定める。
プローブボディは所望の散乱長さを与えるように選択す
ることができる。２０ｍｍと４０ｍｍとの間の散乱長さ
が良好な光信号を生じた。プローブ管１２は、以下に説
明するように、散乱ボリュームを種々の位置に設定する
ことができるように、水蒸気タービンの出入ポートを通
って延びている。
【００１２】図１を参照すると、プローブは脈動光源
（pulsed light source）２２を有している。例とし
て、光源２２は２３０９３０ナノメータの範囲の可視光
および紫外線光をファイバオプチック束１８に与える。
ファイバ束１８の端部から発せられる光はレンズ１７に
よって平行化され、測定ボリューム２１を通って移動
し、反射され、或いは測定ボリュームを通って折り返さ
れ、そしてレンズによってファイバ束２４の端部に収束
される。ファイバオプチック束２４の端部から発せられ
た光は屈折格子２６により屈折されて（図３）、フォト
ダイオード列２７に衝突する多数の離散波長のスペクト
ル線を形成する。フォトダイオード列２７は散乱光の各
帯域における強さを測定するように位置決めされてい
る。例えば、屈折格子は授入光を＋１０２４の離散波長
に分割する。各離散波長のフォトダイオードからの電気
出力は、反射器１９により反射され、且つファイバ束２
４の端部に収束されてボリューム２１を通過した後のそ
の波長における光の強さである。反射器１９およびレン
ズ１７は凝縮を防ぐためにプローブの内側で加熱される
（図示せず）。光を透過し、受光するファイバ束１８、
２４はレンズ１７の焦点が互いに隣接して位置決めされ
ており、その結果、コンパクトなプローブになる。プロ
ーブの不可欠の部品のすべてはプローブの外側にあり、
それにより、光源および屈折格子に対する可撓性ファイ
バオプチックケーブルの連結の必要を無くす。関連した
処理および制御設備は電気ワイヤによりプローブに接続
されている。
（pulsed light source）２２を有している。例とし
て、光源２２は２３０９３０ナノメータの範囲の可視光
および紫外線光をファイバオプチック束１８に与える。
ファイバ束１８の端部から発せられる光はレンズ１７に
よって平行化され、測定ボリューム２１を通って移動
し、反射され、或いは測定ボリュームを通って折り返さ
れ、そしてレンズによってファイバ束２４の端部に収束
される。ファイバオプチック束２４の端部から発せられ
た光は屈折格子２６により屈折されて（図３）、フォト
ダイオード列２７に衝突する多数の離散波長のスペクト
ル線を形成する。フォトダイオード列２７は散乱光の各
帯域における強さを測定するように位置決めされてい
る。例えば、屈折格子は授入光を＋１０２４の離散波長
に分割する。各離散波長のフォトダイオードからの電気
出力は、反射器１９により反射され、且つファイバ束２
４の端部に収束されてボリューム２１を通過した後のそ
の波長における光の強さである。反射器１９およびレン
ズ１７は凝縮を防ぐためにプローブの内側で加熱される
（図示せず）。光を透過し、受光するファイバ束１８、
２４はレンズ１７の焦点が互いに隣接して位置決めされ
ており、その結果、コンパクトなプローブになる。プロ
ーブの不可欠の部品のすべてはプローブの外側にあり、
それにより、光源および屈折格子に対する可撓性ファイ
バオプチックケーブルの連結の必要を無くす。関連した
処理および制御設備は電気ワイヤによりプローブに接続
されている。
【００１３】図４を参照すると、プローブ組立体は電気
ケーブル３２を経てインターフェースモジュール３１に
接続されている。ケーブルは脈動光源２２を制御するた
めのリード３４と、ヒーターの電力を印可するためのリ
ード３６と、電力をダイオード列に印可し、且つダイオ
ード列出力をインターフェースモジュール３１に伝達す
るためのリード３７とを有している。インターフェース
モジュールは電源と、光源シャッタ制御部と、プローブ
ヒーター温度制御部とを有している。インターフェース
モジュールの作動はコンピュータワークステーション３
８に存在するコストマイズドユーザインターフェースに
より制御される。乾燥流れの基準データを得、記憶し、
そして散乱光のすべての次々の測定値に分割して、散乱
により生じる光の強さの減少率を得る（透過データ）。
ケーブル３２を経てインターフェースモジュール３１に
接続されている。ケーブルは脈動光源２２を制御するた
めのリード３４と、ヒーターの電力を印可するためのリ
ード３６と、電力をダイオード列に印可し、且つダイオ
ード列出力をインターフェースモジュール３１に伝達す
るためのリード３７とを有している。インターフェース
モジュールは電源と、光源シャッタ制御部と、プローブ
ヒーター温度制御部とを有している。インターフェース
モジュールの作動はコンピュータワークステーション３
８に存在するコストマイズドユーザインターフェースに
より制御される。乾燥流れの基準データを得、記憶し、
そして散乱光のすべての次々の測定値に分割して、散乱
により生じる光の強さの減少率を得る（透過データ）。
【００１４】フォトダイオード列は本来高周波数の応答
性を有している。そね結果、散乱光の強さの変動を検出
することができる。代表的には、散乱光の強さを時間に
わたって積分することによってこれらの変動を平均化す
る。湿った水蒸気の流れの本来非定常の性質は正確且つ
繰り返し可能な光透過データを生じるためにスペクトル
データを平均することを必要とする。コンピュータワー
クステーションと結合されたときのスペクトルフォトメ
ータの速度は数秒程度の積分時間を生じる。多数の平均
値を取って各時点における繰り返し可能な結果を確保
し、一組の３つの平均値は代表的には３分未満の走査時
間を必要とする。
性を有している。そね結果、散乱光の強さの変動を検出
することができる。代表的には、散乱光の強さを時間に
わたって積分することによってこれらの変動を平均化す
る。湿った水蒸気の流れの本来非定常の性質は正確且つ
繰り返し可能な光透過データを生じるためにスペクトル
データを平均することを必要とする。コンピュータワー
クステーションと結合されたときのスペクトルフォトメ
ータの速度は数秒程度の積分時間を生じる。多数の平均
値を取って各時点における繰り返し可能な結果を確保
し、一組の３つの平均値は代表的には３分未満の走査時
間を必要とする。
【００１５】スペクトルフォトメータ〔回析格子および
フォトダイオード列〕を制御するワークステーションは
データ記憶装置としても作用する。コンピュータの多機
能性によりほぼ実時間でテストデータの処理を可能にす
る。
フォトダイオード列〕を制御するワークステーションは
データ記憶装置としても作用する。コンピュータの多機
能性によりほぼ実時間でテストデータの処理を可能にす
る。
【００１６】以下の説明は強さデータを処理するプログ
ラム化コンピュータにより行われる方法を要約してい
る。散乱による吸光を支配する基礎等式はボウガー法則
であり、単一の光波長λにおける一分散（単一滴のサイ
ズ）エアロゾル懸濁液について下記の式として書くこと
ができる。 I/I0 = e-nAEt (1) 上記式において、Iは測定された光の強さである。I0は
散乱のない基準の光の強さである。ｎは水滴濃度であ
る。Ａは水滴の横断面積〔πＤ2/４〕である。Ｅはミー
吸光係数、（Ｄ/λ）の関数であり、この式において、
λは光の波長であり、ミー散乱データは液体と蒸気相と
の間の比屈折率の関数として誘導される。ｔは散乱長さ
（折り曲がった光の経路についてのプローブ先端の２ｘ
スロット長さ）である。
ラム化コンピュータにより行われる方法を要約してい
る。散乱による吸光を支配する基礎等式はボウガー法則
であり、単一の光波長λにおける一分散（単一滴のサイ
ズ）エアロゾル懸濁液について下記の式として書くこと
ができる。 I/I0 = e-nAEt (1) 上記式において、Iは測定された光の強さである。I0は
散乱のない基準の光の強さである。ｎは水滴濃度であ
る。Ａは水滴の横断面積〔πＤ2/４〕である。Ｅはミー
吸光係数、（Ｄ/λ）の関数であり、この式において、
λは光の波長であり、ミー散乱データは液体と蒸気相と
の間の比屈折率の関数として誘導される。ｔは散乱長さ
（折り曲がった光の経路についてのプローブ先端の２ｘ
スロット長さ）である。
【００１７】等式（１）は下記の式として書き変えるこ
とができる。 ｇ＝１/ｔ・Ｉｎ（I/I0 ）= ｎ・Ａ・Ｅ （２） 上記式において、ｇは濁度である。
とができる。 ｇ＝１/ｔ・Ｉｎ（I/I0 ）= ｎ・Ａ・Ｅ （２） 上記式において、ｇは濁度である。
【００１８】多分散度（多滴のサイズ）または２属性
（多分布）を示す実滴サイズ分布については、式（２）
を特定の波長λについての積分形態で下記のように表さ
なければならない。
（多分布）を示す実滴サイズ分布については、式（２）
を特定の波長λについての積分形態で下記のように表さ
なければならない。
【００１９】
【数１】 上記式において、λは光の波長である。ｆ(D)は水滴サ
イズ分布である。
イズ分布である。
【００２０】代表的な光透過データについては、データ
換算プログラムが下記に基づいて水滴サイズ分布に収束
する。 Ａ．分布ｆ(D) の立体スプライン表示である。 Ｂ．分布の指数関数的に減衰された「テール」部分であ
り、このテール部分内において、D につれて、ｆ(D)
０である。 Ｃ．立体スプラインはスロープ連続がインターフェース
で維持されるように指数関数的テール部分に結合されて
いる。 Ｄ．波長の範囲を横切って一体の湾曲率を最小にするこ
とによって定められるように、立体スプラインの滑らか
さを最大にする。
換算プログラムが下記に基づいて水滴サイズ分布に収束
する。 Ａ．分布ｆ(D) の立体スプライン表示である。 Ｂ．分布の指数関数的に減衰された「テール」部分であ
り、このテール部分内において、D につれて、ｆ(D)
０である。 Ｃ．立体スプラインはスロープ連続がインターフェース
で維持されるように指数関数的テール部分に結合されて
いる。 Ｄ．波長の範囲を横切って一体の湾曲率を最小にするこ
とによって定められるように、立体スプラインの滑らか
さを最大にする。
【００２１】無感覚性スキームは代表的には、１００２
００の異なる水滴サイズ分布ｆ(D)の試みを繰り返す。
最適化スキームは測定濁度プロットに対して最良の適合
を生じる分布関数およびテール部分の組み合わせに収束
するように使用される。収束溶液と測定濁度との最終差
は最小平方化基準で１パーセント未満である。この光デ
ータ換算方法の強さは分布を特徴つけるのに使用される
立体スプライン/最適化スキームの一般性質により広い
範囲の多分散または２様相滴分布を直接評価することが
できることである。
００の異なる水滴サイズ分布ｆ(D)の試みを繰り返す。
最適化スキームは測定濁度プロットに対して最良の適合
を生じる分布関数およびテール部分の組み合わせに収束
するように使用される。収束溶液と測定濁度との最終差
は最小平方化基準で１パーセント未満である。この光デ
ータ換算方法の強さは分布を特徴つけるのに使用される
立体スプライン/最適化スキームの一般性質により広い
範囲の多分散または２様相滴分布を直接評価することが
できることである。
【００２２】次の工程は得られたサイズ分布ｆ(D)から
全体の液体の質量流を評価することである。
全体の液体の質量流を評価することである。
【００２３】
【数２】 上記式において、Ｌは全体の液体の質量流である。ν1
は液体相の特定容積である。Ｍ3は滴サイズ分布の第３
モーメントである。
は液体相の特定容積である。Ｍ3は滴サイズ分布の第３
モーメントである。
【００２４】最終的に、下記式になる。 Ｗ＝Ｌ/（Ｌ＋１/Ｖν）＝ １/（１＋ω） （５） 上記式において、Ｗは湿り度分率である。Ｖνは局部静
圧における蒸気相の比容積である。ωは式、６・v1/π
・Ｖv・Ｍ3に取って代わる。
圧における蒸気相の比容積である。ωは式、６・v1/π
・Ｖv・Ｍ3に取って代わる。
【００２５】かくして、広い光周波数帯域にわたって複
数の波長において水蒸気を通る光の散乱光強さを測定す
るための改良光プローブが提供された。また、水蒸気の
湿り度の度合いを得るために強さの情報を処理するため
の装置を述べた。
数の波長において水蒸気を通る光の散乱光強さを測定す
るための改良光プローブが提供された。また、水蒸気の
湿り度の度合いを得るために強さの情報を処理するため
の装置を述べた。
【００２６】本発明の特定の実施例の上記説明は例示お
よび説明のために示した。これらの説明は網羅的なもの
ではなく、或いは本発明を開示した正確な形態に限定す
るものではなく、上記教示を考慮して明らかに多くの変
更例および変形例が可能である。実施例は本発明および
その実際の応用の原理を最も良く説明するために選択し
て説明したものであり、それにより当業者は意図した特
定の用途に適するように種々の変更例とともに本発明お
よび種々の実施例を利用することができる。本発明の範
囲は請求項およびそれらの均等なものにより定められ
る。
よび説明のために示した。これらの説明は網羅的なもの
ではなく、或いは本発明を開示した正確な形態に限定す
るものではなく、上記教示を考慮して明らかに多くの変
更例および変形例が可能である。実施例は本発明および
その実際の応用の原理を最も良く説明するために選択し
て説明したものであり、それにより当業者は意図した特
定の用途に適するように種々の変更例とともに本発明お
よび種々の実施例を利用することができる。本発明の範
囲は請求項およびそれらの均等なものにより定められ
る。
【図１】本発明の実施例によるファイバオプチックプロ
ーブの斜視図である。
ーブの斜視図である。
【図２】本発明によるプローブの光学要素を示す概略図
である。
である。
【図３】波長散乱データを得るための回析格子およびフ
ォトダイオードを示す図である。
ォトダイオードを示す図である。
【図４】水蒸気タービンにおける水分の測定のためのフ
ァイバオプチックプローブおよび関連装置を示す図であ
る。
ァイバオプチックプローブおよび関連装置を示す図であ
る。
１１ ファイバオプチックプローブ １２ プローブ管 １３ プローブボディ先端部 １４ カラー １６ アダプタ １７ レンズ １８ ファイバ束 １９ 反射器 ２１ 散乱ボリューム ２２ 光源 ２４ ファイバ束 ２６ 回析格子 ２７ フォトダイオード列 ３２ 電気ケーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マックロースキー トーマス エイチ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95130 サン ホセ マドック ウェイ 4426 (72)発明者 ヘスラー スティーヴン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14623 ロチェスター ブリストン ヘンリエッ タ タウン ライン ロード 1800 (72)発明者 リバーソン アレクサンダー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14623 ロチェスター ブリストン ヘンリエッ タ タウン ライン ロード 1800 (72)発明者 モーラー ラッセル エイチ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14623 ロチェスター ブリストン ヘンリエッ タ タウン ライン ロード 1800
Claims (5)
- 【請求項１】 水蒸気の質を測定するためのファイバオ
プチックプローブ装置と、 広い波長範囲を有する光源と、 平行化レンズおよび反射器により定められる散乱ボリュ
ームを有するプローブ先端部と、 光が上記ボリュームを通って移動し、且つ反射されて上
記平行化レンズに戻るように光を上記光源から上記平行
化レンズに送り出すための第１ファイバオプチックケー
ブルと、 上記平行化レンズによって収束された反射光を受けるた
めの第２ファイバオプチックケーブルと、 上記第２ファイバオプチックケーブルから反射光を受
け、これを複数のスペクトル線に分離するための回折格
子と、 上記スペクトル線を受け、上記スペクトル線の各々にお
いて光の強さを表す電気出力信号を生じるためのフォト
ダイオード列と、 コンピュータと、 制御信号を上記コンピュータから上記光源に出力し、上
記フォトダイオード列からの出力信号を上記コンピュー
タに出力するためのインターフェースモジュールとを備
えたことを特徴とするファイバオプチックプローブ。 - 【請求項２】 上記光源、上記回折格子およびフォトダ
イオード列は上記プローブに設けられていることを特徴
とする請求項１に記載のファイバオプチックプローブ装
置。 - 【請求項３】 上記プローブは上記平行化レンズおよび
反射器を加熱するためのヒータを有していることを特徴
とする請求項１に記載のファイバオプチックプローブ装
置。 - 【請求項４】 上記コンピュータ上記出力信号を処理
し、且つ水蒸気の質を表す出力を与えるように構成され
ていることを特徴とする請求項１に記載のファイバオプ
チックプローブ装置。 - 【請求項５】 水蒸気の質は水蒸気の湿り度であること
を特徴とする請求項５に記載のファイバオプチックプロ
ーブ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/276011 | 1999-03-25 | ||
| US09/276,011 US6128079A (en) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | Fiber optic probe and system for measurement of moisture in steam turbines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000304692A true JP2000304692A (ja) | 2000-11-02 |
| JP4515590B2 JP4515590B2 (ja) | 2010-08-04 |
Family
ID=23054776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000086238A Expired - Fee Related JP4515590B2 (ja) | 1999-03-25 | 2000-03-27 | ファイバオプチックプローブおよび水蒸気タービン中の水分の測定方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6128079A (ja) |
| JP (1) | JP4515590B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007192638A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知装置 |
| JP2010230685A (ja) * | 2010-06-14 | 2010-10-14 | Osaka Gas Co Ltd | ダスト測定方法及び装置 |
| JP2012103254A (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-31 | General Electric Co <Ge> | 蒸気重量率を監視するための方法およびシステム |
| JP2012122961A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Azbil Corp | 乾き度測定装置及び乾き度測定方法 |
| JP2013092312A (ja) * | 2011-10-26 | 2013-05-16 | Azbil Corp | 乾き度制御装置及び乾き度制御方法 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10130862A1 (de) * | 2001-06-28 | 2003-01-23 | Conducta Endress & Hauser | Prozeßmessstelle |
| JP2005505767A (ja) * | 2001-10-05 | 2005-02-24 | スミスクライン ビーチャム コーポレーション | 屈折率プローブ装置およびシステム |
| US7034302B2 (en) * | 2002-09-19 | 2006-04-25 | Battelle Energy Alliance, Llc | Optical steam quality measurement system and method |
| US7381954B2 (en) * | 2005-09-29 | 2008-06-03 | General Electric Company | Apparatus and method for measuring steam quality |
| US7345280B2 (en) * | 2005-09-29 | 2008-03-18 | General Electric Company | Measurement of steam quality using multiple broadband lasers |
| US8189042B2 (en) * | 2006-12-15 | 2012-05-29 | Pollack Laboratories, Inc. | Vision analysis system for a process vessel |
| US7486864B2 (en) * | 2007-04-05 | 2009-02-03 | Siemens Energy, Inc. | Monitoring system for turbine engine |
| US7909377B2 (en) * | 2008-07-15 | 2011-03-22 | Hopp Keith E | Lawn and garden debris scoop |
| EP2237023A1 (de) * | 2009-04-03 | 2010-10-06 | Siemens AG | Verfahren zur Messung eines Dampfgehaltes |
| WO2011069549A1 (en) * | 2009-12-10 | 2011-06-16 | Foss Analytical A/S | Variable path length probe |
| WO2014044474A1 (de) * | 2012-09-20 | 2014-03-27 | Voith Patent Gmbh | Messsonde und verfahren zur quantitativen erfassung von eigenschaften und/oder inhaltsstoffen einer suspension |
| US9689823B2 (en) | 2015-03-10 | 2017-06-27 | Rosemount Inc. | Steam quality meter and measurement method |
| CN105842169A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-08-10 | 中国石油集团西部钻探工程有限公司 | 蒸汽干度测试仪 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57199943A (en) * | 1981-06-03 | 1982-12-08 | Hitachi Ltd | Measuring device for wetness of steam |
| JPS59131149A (ja) * | 1983-01-17 | 1984-07-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 湿り度計測装置 |
| JPH04318443A (ja) * | 1991-04-17 | 1992-11-10 | Toho Gas Co Ltd | 回折格子を用いたガスリモートセンシング装置 |
| JPH0534275A (ja) * | 1991-07-31 | 1993-02-09 | Jasco Corp | 流体成分測定装置 |
| JPH05209827A (ja) * | 1991-10-08 | 1993-08-20 | Fisher & Paykel Ltd | 湿度測定装置およびそれを備えた加湿機器 |
| JPH09222392A (ja) * | 1995-10-10 | 1997-08-26 | L'air Liquide | 多角形平面複数通過セルとそれを有するシステムおよび装置と使用方法 |
| JP4497577B2 (ja) * | 1999-04-05 | 2010-07-07 | キヤノン株式会社 | マルチビーム光走査装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5139334A (en) * | 1990-09-17 | 1992-08-18 | Boston Advanced Technologies, Inc. | Hydrocarbon analysis based on low resolution raman spectral analysis |
| US5303036A (en) * | 1991-09-26 | 1994-04-12 | The Dow Chemical Company | Variable path length light transmission probe |
| GB9319001D0 (en) * | 1993-09-14 | 1993-10-27 | Europ Gas Turbines Ltd | Steam wetness probe |
-
1999
- 1999-03-25 US US09/276,011 patent/US6128079A/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-03-27 JP JP2000086238A patent/JP4515590B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57199943A (en) * | 1981-06-03 | 1982-12-08 | Hitachi Ltd | Measuring device for wetness of steam |
| JPS59131149A (ja) * | 1983-01-17 | 1984-07-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 湿り度計測装置 |
| JPH04318443A (ja) * | 1991-04-17 | 1992-11-10 | Toho Gas Co Ltd | 回折格子を用いたガスリモートセンシング装置 |
| JPH0534275A (ja) * | 1991-07-31 | 1993-02-09 | Jasco Corp | 流体成分測定装置 |
| JPH05209827A (ja) * | 1991-10-08 | 1993-08-20 | Fisher & Paykel Ltd | 湿度測定装置およびそれを備えた加湿機器 |
| JPH09222392A (ja) * | 1995-10-10 | 1997-08-26 | L'air Liquide | 多角形平面複数通過セルとそれを有するシステムおよび装置と使用方法 |
| JP4497577B2 (ja) * | 1999-04-05 | 2010-07-07 | キヤノン株式会社 | マルチビーム光走査装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007192638A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | New Cosmos Electric Corp | ガス検知装置 |
| JP2010230685A (ja) * | 2010-06-14 | 2010-10-14 | Osaka Gas Co Ltd | ダスト測定方法及び装置 |
| JP2012103254A (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-31 | General Electric Co <Ge> | 蒸気重量率を監視するための方法およびシステム |
| JP2012122961A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Azbil Corp | 乾き度測定装置及び乾き度測定方法 |
| JP2013092312A (ja) * | 2011-10-26 | 2013-05-16 | Azbil Corp | 乾き度制御装置及び乾き度制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6128079A (en) | 2000-10-03 |
| JP4515590B2 (ja) | 2010-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2000304692A (ja) | ファイバオプチックプローブおよび水蒸気タービン中の水分の測定方法 | |
| RU2353906C2 (ru) | Оптическое устройство и способ определения параметров многофазного потока | |
| CN101216409B (zh) | 多源层析激光测量烟气浓度和温度分布方法及装置 | |
| CN102033036B (zh) | 光全散射式在线粒度测量装置的测量方法 | |
| JP6174795B2 (ja) | Ｕｖ領域、可視領域、およびｉｒ領域での全反射減衰分光用途のためのハイブリッド光ファイバープローブ装置 | |
| CN104266945B (zh) | 动态光散射颗粒检测装置的检测方法 | |
| JPH08500183A (ja) | 少量および微量物質を分析するための分光装置 | |
| JPH0256623B2 (ja) | ||
| US6850656B1 (en) | Method and apparatus for measuring locally and superficially the scattering and absorption properties of turbid media | |
| NO339840B1 (no) | Optisk flerfase strømningsmåler | |
| US5274227A (en) | Capillary detector cell having imaging elements positioned to optimize sensitivity | |
| FI95322C (fi) | Spektroskooppinen mittausanturi väliaineiden analysointiin | |
| CN106323826A (zh) | 一种超低排放烟尘监测装置及监测方法 | |
| NO337240B1 (no) | Optisk transittid-hastighetsmåler | |
| EP0074976A1 (en) | Application of optical fibre probes | |
| US7999936B1 (en) | Combined transmittance and angle selective scattering measurement of fluid suspended particles for simultaneous determination of refractive index, extinction coefficient, particle size and particle density | |
| CN107907491B (zh) | 一种光纤传感器及其检测平台和方法 | |
| CA1077298A (en) | Gas concentration measuring device | |
| JP2005536741A (ja) | レーザーを基礎とする血液分析システムにおける後方散乱を検出するための装置 | |
| CN102494975A (zh) | 一种单光束互相关高浓度纳米颗粒测量装置及方法 | |
| WO2021097910A1 (zh) | 一种液体中微小颗粒的检测装置和方法 | |
| CN106500951A (zh) | 测量高超声速气流参数的测量探头、测量系统和方法 | |
| CN100414286C (zh) | 利用近红外光谱测量固体物质成份含量的装置 | |
| CN207036679U (zh) | 面向血液中癌细胞检测的实时光谱检测装置 | |
| JPH0136571B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070313 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090216 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090223 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20090525 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090528 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090824 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100428 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100513 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130521 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130521 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |