JP2002365103A - 光ファイバループ干渉計型カルマン渦流量計 - Google Patents
光ファイバループ干渉計型カルマン渦流量計Info
- Publication number
- JP2002365103A JP2002365103A JP2001175956A JP2001175956A JP2002365103A JP 2002365103 A JP2002365103 A JP 2002365103A JP 2001175956 A JP2001175956 A JP 2001175956A JP 2001175956 A JP2001175956 A JP 2001175956A JP 2002365103 A JP2002365103 A JP 2002365103A
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- light
- loop
- vibration
- karman vortex
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のカルマン渦流量計においては、渦によ
る振動を電気信号に変換してからその信号を伝送するた
め種々の不都合があった。センサ部に電源が不要な受動
的な部品のみで構成できるカルマン渦流量計を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 光源と受光素子とループ状光ファイバの
開放部の両端とが光分岐結合素子に接続されて構成され
た光ファイバループ干渉計型のセンサにおいて、ループ
状光ファイバに流体のカルマン渦によって振動する振動
物体を固設したものである。
る振動を電気信号に変換してからその信号を伝送するた
め種々の不都合があった。センサ部に電源が不要な受動
的な部品のみで構成できるカルマン渦流量計を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 光源と受光素子とループ状光ファイバの
開放部の両端とが光分岐結合素子に接続されて構成され
た光ファイバループ干渉計型のセンサにおいて、ループ
状光ファイバに流体のカルマン渦によって振動する振動
物体を固設したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバループ
干渉計型センサを利用した流体のカルマン渦による流量
計測に関する
干渉計型センサを利用した流体のカルマン渦による流量
計測に関する
【０００２】
【従来の技術】流れの中におかれた柱状の物体の下流側
にカルマン渦が発生する。そのカルマン渦によって生じ
る振動の周波数ｆは速度流量Ｑに比例（ｆ＝ＫＱ〔式
１〕）することを利用したカルマン渦流量計が実用化さ
れている。式１のＫはＫ値と呼ばれるカルマン渦流量計
の固有定数で速度流量Ｑの変化に対して一定であること
が望ましい。一般的には、レイノルズ数Ｒｅ＝２ｒｖｄ
／ｎ（ｒ：管半径、ｖ：流速、ｄ：密度、ｎ：粘度）に
おいて、Ｒｅが大きい（一般に１５００を超える）と乱
流が生じるため、比例定数Ｋ値が大きく変化する。Ｒｅ
が大きくならないよう、液体の粘性、密度、測定速度範
囲により管の半径を決定する必要がある。
にカルマン渦が発生する。そのカルマン渦によって生じ
る振動の周波数ｆは速度流量Ｑに比例（ｆ＝ＫＱ〔式
１〕）することを利用したカルマン渦流量計が実用化さ
れている。式１のＫはＫ値と呼ばれるカルマン渦流量計
の固有定数で速度流量Ｑの変化に対して一定であること
が望ましい。一般的には、レイノルズ数Ｒｅ＝２ｒｖｄ
／ｎ（ｒ：管半径、ｖ：流速、ｄ：密度、ｎ：粘度）に
おいて、Ｒｅが大きい（一般に１５００を超える）と乱
流が生じるため、比例定数Ｋ値が大きく変化する。Ｒｅ
が大きくならないよう、液体の粘性、密度、測定速度範
囲により管の半径を決定する必要がある。
【０００３】振動の検出はカルマン渦発生物体自体に振
動検出体を取り付けるか、渦発生物体の後ろに設置して
行う。振動検出体により検出した振動は圧電素子などに
より振動／電気変換されて周波数を計測する。その周波
数から式１を用いて速度流量を算出する。なお、比例定
数（ｋ値）は測定流体のレイノルズ数によって変化す
る。そのＫ値の変化量が最小になるように渦発生体、振
動検出体及び管の形状を決定する。
動検出体を取り付けるか、渦発生物体の後ろに設置して
行う。振動検出体により検出した振動は圧電素子などに
より振動／電気変換されて周波数を計測する。その周波
数から式１を用いて速度流量を算出する。なお、比例定
数（ｋ値）は測定流体のレイノルズ数によって変化す
る。そのＫ値の変化量が最小になるように渦発生体、振
動検出体及び管の形状を決定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のカルマン渦流量
計において次のような問題がある。
計において次のような問題がある。
【０００５】振動を電気信号へ変換するため、センサ
部に電源が引き込めない環境ではカルマン渦流量計の構
成が困難である。
部に電源が引き込めない環境ではカルマン渦流量計の構
成が困難である。
【０００６】センサ部に電気回路等を有するため、防
曝仕様が必要とされる条件化ではセンサ部筐体の構成が
複雑になる。
曝仕様が必要とされる条件化ではセンサ部筐体の構成が
複雑になる。
【０００７】センサ部の信号の伝送距離を延長したい
場合、電気信号であるためノイズ対策などが必要であ
り、遠隔地での測定は難しい。
場合、電気信号であるためノイズ対策などが必要であ
り、遠隔地での測定は難しい。
【０００８】光ファイバで信号の伝送距離を延長する
場合は、センサ側に電気／光変換機器、計測側に光／電
気変換機器が必要となり、構成が複雑になる上、センサ
部に電源が必要となる。
場合は、センサ側に電気／光変換機器、計測側に光／電
気変換機器が必要となり、構成が複雑になる上、センサ
部に電源が必要となる。
【０００９】本発明は、上記問題点を解決するため
に、、センサ部に電気回路（すなわち電源）が不要な、
全て受動的な部品で構成できるカルマン渦流量計を提供
するものである。
に、、センサ部に電気回路（すなわち電源）が不要な、
全て受動的な部品で構成できるカルマン渦流量計を提供
するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため、本発明の光ファイバループ干渉計型カルマン渦流
量計は、光源と受光素子とループ状光ファイバの開放部
の両端とが分岐結合素子に接続されて成り、前記光源か
ら出射された光を前記分岐結合素子によって分岐して前
記ループ状光ファイバの前記開放部の両端それぞれから
入射させ、このループ状光ファイバ中を時計回りと反時
計回りに伝搬させ、前記ループ状光ファイバ中を伝搬し
た時計回り伝搬光と反時計回り伝搬光とを前記分岐結合
素子に入射させて結合し、前記分岐結合素子によって結
合された光を前記受光素子に入射させ、前記ループ状光
ファイバの光ファイバに、流体のカルマン渦によって振
動する振動物体を固設して、前記ループ状光ファイバに
振動を生じさせて、振動による前記受光素子に入射した
光の強度変化を示す信号を受光素子から出力させ、この
受光素子から出力された信号に基づいて、流体の速度流
量を測定するものである。
ため、本発明の光ファイバループ干渉計型カルマン渦流
量計は、光源と受光素子とループ状光ファイバの開放部
の両端とが分岐結合素子に接続されて成り、前記光源か
ら出射された光を前記分岐結合素子によって分岐して前
記ループ状光ファイバの前記開放部の両端それぞれから
入射させ、このループ状光ファイバ中を時計回りと反時
計回りに伝搬させ、前記ループ状光ファイバ中を伝搬し
た時計回り伝搬光と反時計回り伝搬光とを前記分岐結合
素子に入射させて結合し、前記分岐結合素子によって結
合された光を前記受光素子に入射させ、前記ループ状光
ファイバの光ファイバに、流体のカルマン渦によって振
動する振動物体を固設して、前記ループ状光ファイバに
振動を生じさせて、振動による前記受光素子に入射した
光の強度変化を示す信号を受光素子から出力させ、この
受光素子から出力された信号に基づいて、流体の速度流
量を測定するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は、本出願人が出願した特
許出願（特願平１１−７０８０３）に記載された光ファ
イバループ型干渉センサの原理を応用したものであり、
その実施の形態を図面に基づいて説明する。
許出願（特願平１１−７０８０３）に記載された光ファ
イバループ型干渉センサの原理を応用したものであり、
その実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】図１は本発明の光ファイバループ干渉計型
カルマン渦流量計の構成を示すブロック図である。発光
素子１から出力された光は、光分岐結合素子２により光
ファイバループ内の時計回り（光路Ａ）と反時計回り
（光路Ｂ）に分けられ、光ファイバループ４を一周して
光分岐結合素子２に戻る。このとき、光路Ａ、光路Ｂの
戻り光が結合され干渉光として受光素子５によって検出
され、受光回路にて電気信号へ変換される。
カルマン渦流量計の構成を示すブロック図である。発光
素子１から出力された光は、光分岐結合素子２により光
ファイバループ内の時計回り（光路Ａ）と反時計回り
（光路Ｂ）に分けられ、光ファイバループ４を一周して
光分岐結合素子２に戻る。このとき、光路Ａ、光路Ｂの
戻り光が結合され干渉光として受光素子５によって検出
され、受光回路にて電気信号へ変換される。
【００１３】センサ部の光ファイバ３に振動が加えられ
ていない場合は、光路Ａ、光路Ｂともその光路長が同じ
であるため、両者の位相差は初期状態から変化はなく、
干渉光の強度は初期状態のまま一定になる。センサ部の
光ファイバ３に振動が加えられた場合は、光ファイバ３
のその振動点にて光ファイバが伸縮して光路Ａと光路Ｂ
の光路長が変わる。振動点から光分岐結合素子２までの
光路長が両者で異ると、合波される光の位相差が変化し
干渉光の強度が変動する。その位相差変化の周波数は加
えられる振動の周波数に一致する。
ていない場合は、光路Ａ、光路Ｂともその光路長が同じ
であるため、両者の位相差は初期状態から変化はなく、
干渉光の強度は初期状態のまま一定になる。センサ部の
光ファイバ３に振動が加えられた場合は、光ファイバ３
のその振動点にて光ファイバが伸縮して光路Ａと光路Ｂ
の光路長が変わる。振動点から光分岐結合素子２までの
光路長が両者で異ると、合波される光の位相差が変化し
干渉光の強度が変動する。その位相差変化の周波数は加
えられる振動の周波数に一致する。
【００１４】センサ部（振動印加部分）の光ファイバ３
を、被測定流体が流れる管１０の内部に設けられたカル
マン渦発生体１１もしくは後述するカルマン渦振動検出
体に直接固定して取付け、カルマン渦１２による振動を
光ファイバ３に与える。その振動は上述の原理で受光回
路にて電気信号に変換される。その電気信号の周波数を
計測７し、式１を用いて速度流量を算出８するものであ
る。
を、被測定流体が流れる管１０の内部に設けられたカル
マン渦発生体１１もしくは後述するカルマン渦振動検出
体に直接固定して取付け、カルマン渦１２による振動を
光ファイバ３に与える。その振動は上述の原理で受光回
路にて電気信号に変換される。その電気信号の周波数を
計測７し、式１を用いて速度流量を算出８するものであ
る。
【００１５】なお、遅延素子６は、長尺の光ファイバを
収納したものであり、センサ部分（＝振動印加部分）を
光ファイバループ４内の感度がよい位置に配置するため
に挿入されるものである。
収納したものであり、センサ部分（＝振動印加部分）を
光ファイバループ４内の感度がよい位置に配置するため
に挿入されるものである。
【００１６】次に、センサ部の設置方法の実施例につい
て説明する。
て説明する。
【００１７】図２の（イ）はカルマン渦発生体１１に直
接光ファイバループ４の光ファイバ３を固定したもので
ある。図２の（ロ）はカルマン渦発生体１１に振動検出
体１３を固定し、その振動検出体１３に光ファイバ３を
固定したものである。
接光ファイバループ４の光ファイバ３を固定したもので
ある。図２の（ロ）はカルマン渦発生体１１に振動検出
体１３を固定し、その振動検出体１３に光ファイバ３を
固定したものである。
【００１８】図３の（イ）はカルマン渦発生体１１の下
流側に振動検出体１３を支持する支持材１４を管１０内
に突出させて設け、その振動検出体１３に光ファイバ３
を固定したものである。図３の（ロ）はカルマン渦発生
体１１の下流側に光ファイバ３を通す柱状の管である振
動検出体１３を設け、そこに光ファイバ３を通して固定
したものである。
流側に振動検出体１３を支持する支持材１４を管１０内
に突出させて設け、その振動検出体１３に光ファイバ３
を固定したものである。図３の（ロ）はカルマン渦発生
体１１の下流側に光ファイバ３を通す柱状の管である振
動検出体１３を設け、そこに光ファイバ３を通して固定
したものである。
【００１９】カルマン渦周波数は、一般的に測定される
流体では数十〜数百Hzといった低い周波数なので、振動
検出体自身の固有振動数は、測定周波数に影響を与えな
い程度の高いもの（低いものでも可）であることが要求
される。
流体では数十〜数百Hzといった低い周波数なので、振動
検出体自身の固有振動数は、測定周波数に影響を与えな
い程度の高いもの（低いものでも可）であることが要求
される。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
センサ部は、光ファイバ、振動検出体、カルマン渦発生
体のみの受動的な部品で構成できるため、センサ部分に
電源は不要となる。
センサ部は、光ファイバ、振動検出体、カルマン渦発生
体のみの受動的な部品で構成できるため、センサ部分に
電源は不要となる。
【００２１】また、上記理由により防曝仕様が要求され
る部分への導入が容易となる。
る部分への導入が容易となる。
【００２２】さらにまた、センサ部分へのアクセスは光
ファイバのみであるため、センサ部から検出（計測）部
までの延長が容易である。
ファイバのみであるため、センサ部から検出（計測）部
までの延長が容易である。
【図１】本発明の光ファイバループ干渉計型カルマン渦
流量計の構成を示すブロック図である。
流量計の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る光ファイバループのセンサ部であ
る光ファイバを固定する方法の一つの実施例を説明する
図である。
る光ファイバを固定する方法の一つの実施例を説明する
図である。
【図３】本発明に係る光ファイバを固定する方法の他の
実施例を説明する図である。
実施例を説明する図である。
１ 発光素子 ２ 光分岐結合素子 ３ 光ファイバ ４ 光ファイバループ ５ 受光素子 ６ 遅延素子 ７ 周波数計測回路 ８ 速度流量算出手段 １０ 被測定流体が流れる管 １１ カルマン渦発生体 １２ カルマン渦 １３ 振動検出体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二階堂 伸一 千葉県佐倉市六崎1440 株式会社フジクラ 佐倉事業所内 (72)発明者 高嶋 徹 千葉県佐倉市六崎1440 株式会社フジクラ 佐倉事業所内 (72)発明者 小野島 一 東京都港区港南２丁目15番２号 株式会社 大林組本社内 Ｆターム(参考） 2H038 AA02
Claims (1)
- 【請求項１】 光源と受光素子とループ状光ファイバの
開放部の両端とが分岐結合素子に接続されて成り、 前記光源から出射された光を前記分岐結合素子によって
分岐して前記ループ状光ファイバの前記開放部の両端そ
れぞれから入射させ、このループ状光ファイバ中を時計
回りと反時計回りに伝搬させ、前記ループ状光ファイバ
中を伝搬した時計回り伝搬光と反時計回り伝搬光とを前
記分岐結合素子に入射させて結合し、前記分岐結合素子
によって結合された光を前記受光素子に入射させ、 前記ループ状光ファイバの光ファイバに、流体のカルマ
ン渦によって振動する振動物体を固設して、前記ループ
状光ファイバに振動を生じさせて、振動による前記受光
素子に入射した光の強度変化を示す信号を受光素子から
出力させ、この受光素子から出力された信号に基づい
て、流体の速度流量を測定することを特徴とする光ファ
イバループ干渉計型カルマン渦流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001175956A JP2002365103A (ja) | 2001-06-11 | 2001-06-11 | 光ファイバループ干渉計型カルマン渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001175956A JP2002365103A (ja) | 2001-06-11 | 2001-06-11 | 光ファイバループ干渉計型カルマン渦流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002365103A true JP2002365103A (ja) | 2002-12-18 |
Family
ID=19017010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001175956A Pending JP2002365103A (ja) | 2001-06-11 | 2001-06-11 | 光ファイバループ干渉計型カルマン渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002365103A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102128653A (zh) * | 2010-12-29 | 2011-07-20 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 分布式光纤测量流量装置及方法 |
| CN102141421A (zh) * | 2010-12-29 | 2011-08-03 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 全光纤干涉仪式测量流量的装置与方法 |
| CN103376135A (zh) * | 2012-04-13 | 2013-10-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 非接触式光纤测量流量的装置与方法 |
| CN112484796A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-12 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种声波信号标定调节阀流量的实验平台和方法 |
| CN112484793A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-12 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种光纤传感器节流孔板监测系统和监测方法 |
| CN112484820A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-12 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种基于声波信号的节流孔板流量计标定平台和方法 |
-
2001
- 2001-06-11 JP JP2001175956A patent/JP2002365103A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102128653A (zh) * | 2010-12-29 | 2011-07-20 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 分布式光纤测量流量装置及方法 |
| CN102141421A (zh) * | 2010-12-29 | 2011-08-03 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 全光纤干涉仪式测量流量的装置与方法 |
| CN103376135A (zh) * | 2012-04-13 | 2013-10-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 非接触式光纤测量流量的装置与方法 |
| CN112484796A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-12 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种声波信号标定调节阀流量的实验平台和方法 |
| CN112484793A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-12 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种光纤传感器节流孔板监测系统和监测方法 |
| CN112484820A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-12 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种基于声波信号的节流孔板流量计标定平台和方法 |
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