JP2013130483A - Measuring device and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定装置及び測定方法に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method.
従来より、海洋気象ブイが知られている。 Conventionally, marine weather buoys are known.
海洋気象ブイには、様々なセンサが装備されており、水温や流速等を観測することが可能である。 Marine meteorological buoys are equipped with various sensors and can observe water temperature and flow velocity.
しかしながら、海洋ブイは極めて高価であった。 However, ocean buoys were extremely expensive.
本発明の目的は、低コストで流速等を測定し得る測定装置及び測定方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the measuring apparatus and measuring method which can measure a flow velocity etc. at low cost.
実施形態の一観点によれば、光源を有する処理部と、流体に浮かべられる測定部と、前記処理部から前記測定部に達するように配された光ファイバとを有し、前記測定部は、前記流体の流速に応じて変位する変位部を有し、前記光ファイバは、前記変位部の変位に応じて前記流体への浸漬長が変化するように、前記変位部を経由して前記流体に浸漬され、前記処理部は、前記光源から前記光ファイバに光を導入することにより測定される前記光ファイバの長手方向に沿った温度分布に基づいて、前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長を求め、求められた前記浸漬長に基づいて、前記流体の流速を求めることを特徴とする測定装置が提供される。 According to one aspect of the embodiment, the processing unit having a light source, a measurement unit floated on a fluid, and an optical fiber arranged to reach the measurement unit from the processing unit, the measurement unit, A displacement portion that is displaced according to a flow velocity of the fluid, and the optical fiber is supplied to the fluid via the displacement portion so that an immersion length in the fluid changes according to the displacement of the displacement portion. The immersion portion is immersed in the fluid based on the temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber measured by introducing light from the light source into the optical fiber. And a flow rate of the fluid is obtained based on the obtained immersion length.
実施形態の他の観点によれば、光源を有する処理部と、流体の流速に応じて変位する変位部を有し、前記流体に浮かべられる測定部と、前記処理部から前記測定部に達するように配され、前記変位部の変位に応じて前記流体への浸漬長が変化するように、前記変位部を経由して前記流体に浸漬された光ファイバとを有する測定装置を用いた測定方法であって、前記光源から光ファイバに光を導入することにより測定される前記光ファイバの長手方向に沿った温度分布に基づいて、前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長を求めるステップと、求められた前記浸漬長に基づいて、前記流体の流速を求めるステップとを有することを特徴とする測定方法が提供される。 According to another aspect of the embodiment, the processing unit having a light source, a displacement unit that is displaced according to the flow velocity of the fluid, the measurement unit floating on the fluid, and the measurement unit from the processing unit to reach the measurement unit And a measuring method using a measuring device having an optical fiber immersed in the fluid via the displacement portion so that the immersion length in the fluid changes according to the displacement of the displacement portion. And determining the immersion length of the optical fiber in the fluid based on a temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber measured by introducing light from the light source into the optical fiber. And determining the flow rate of the fluid based on the immersion length.
開示の測定装置及び測定方法によれば、流体の流速に応じて変位する変位部を経由して光ファイバが流体に浸漬されるため、流体の流速に応じて光ファイバの浸漬長を変化させることができる。また、光ファイバに光を導入することにより測定される光ファイバの長手方向に沿った温度分布に基づいて、光ファイバの流体への浸漬長が求め、光ファイバの流体への浸漬長に基づいて、流体の流速を求めることができる。しかも、比較的安価に測定装置を得ることが可能である。従って、低コストで流速等を測定し得る測定装置を提供することができる。 According to the disclosed measurement apparatus and measurement method, the optical fiber is immersed in the fluid via the displacement portion that is displaced according to the flow velocity of the fluid, so that the immersion length of the optical fiber is changed according to the fluid flow velocity. Can do. Also, based on the temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber measured by introducing light into the optical fiber, the immersion length of the optical fiber in the fluid is obtained, and on the basis of the immersion length of the optical fiber in the fluid The flow rate of the fluid can be obtained. Moreover, it is possible to obtain a measuring device at a relatively low cost. Therefore, it is possible to provide a measuring device that can measure the flow velocity and the like at a low cost.
[第1実施形態]
第1実施形態による測定装置及び測定方法を図1乃至図30を用いて説明する。
[First Embodiment]
A measuring apparatus and a measuring method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態による測定装置を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the measuring apparatus according to the present embodiment.
本実施形態による測定装置は、例えば陸2に配される処理部10と、海水等の流体4に浮かべるように配される測定部12と、プローブとして用いられる光ファイバ14とを有している。
The measurement apparatus according to the present embodiment includes, for example, a
なお、ここでは、流体4に浮かべられる測定部12の台数が1台の場合を例に説明するが、測定部12の台数は1台に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定し得る。
Here, the case where the number of
図2は、本実施形態による測定装置の処理部を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a processing unit of the measurement apparatus according to the present embodiment.
図2に示すように、処理部10は、CPU(Central Processing Unit)16と、ROM(Read-Only Memory)18と、RAM(Random Access Memory)20と、HDD(Hard Disk Drive)22と、入力部24と、表示部26と、インターフェース28とを有している。また、処理部10は、レーザ光源30と、レンズ32a,32bと、ビームスプリッタ34と、波長分離部36と、光検出器38とを有している。また、処理部10は、通信回線を介して、LAN(Local Area Network)やインターネット等のネットワーク40に接続し得る。
As shown in FIG. 2, the
CPU16は、処理部10の全体の制御を司るものである。ROM18には、ブートプログラム等が記憶されている。RAM20は、CPU16のワークエリアとして用いられる。HDD(記憶装置、記憶手段)22には、所定の処理を実行するためのコンピュータプログラム等が記憶されている。また、HDD22には、本実施形態による測定装置による測定結果等が記憶される。入力部24としては、例えば、キーボード等が用いられる。表示装置26としては、例えば、液晶ディスプレイ等が用いられる。
The
レーザ光源30からは、所定のパルス幅のレーザ光が出力される。レーザ光は、レンズ32a、ビームスプリッタ34及びレンズ32bを介して、光ファイバ14の光源側の端部から光ファイバ14内に導入される。
Laser light having a predetermined pulse width is output from the
光ファイバ14は、コア42と、コア42の周囲に形成されたクラッド44とを有している。
The
光ファイバ14内にレーザ光を導入すると、光ファイバ14内に導入されたレーザ光の一部は、光ファイバ14を構成する分子により後方散乱される(後方散乱光)。
When laser light is introduced into the
図3は、後方散乱光のスペクトルの例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a spectrum of backscattered light.
図3に示すように、後方散乱光には、レイリー(Rayleigh)散乱光と、ブリルアン(Brillouin)散乱光と、ラマン(Raman)散乱光とが含まれる。レイリー散乱光は、入射光と同一の波長の光である。ブリルアン散乱光、及び、ラマン散乱光は、入射波長からシフトした波長の光である。 As shown in FIG. 3, the backscattered light includes Rayleigh scattered light, Brillouin scattered light, and Raman scattered light. Rayleigh scattered light is light having the same wavelength as incident light. Brillouin scattered light and Raman scattered light are light having a wavelength shifted from the incident wavelength.
ラマン散乱光には、入射光よりも長波長側にシフトしたストークス光と、入射光よりも短波長側にシフトした反ストークス光とがある。ストークス光及び反ストークス光のシフト量は、レーザ光の波長や光ファイバを構成する物質等に依存するが、通常50nm程度である。また、ストークス光及び反ストークス光の強度は、いずれも温度により変化するが、ストークス光は温度による変化量が小さく、反ストークス光は温度による変化量が大きい。即ち、ストークス光は温度依存性が小さく、反ストークス光は温度依存性が大きい。 The Raman scattered light includes Stokes light shifted to a longer wavelength side than incident light and anti-Stokes light shifted to a shorter wavelength side than incident light. The amount of shift of Stokes light and anti-Stokes light depends on the wavelength of the laser light, the material constituting the optical fiber, etc., but is usually about 50 nm. The intensity of Stokes light and anti-Stokes light both vary with temperature, but the amount of change in Stokes light is small, and the amount of change in anti-Stokes light is large. That is, Stokes light has a small temperature dependency, and anti-Stokes light has a large temperature dependency.
これらの後方散乱光は、レーザ光の導入方向とは反対の方向に進行し、光ファイバ14の光源側の端部から出射される。光ファイバ14の光源側の端部から出射される後方散乱光は、レンズ32bを透過し、ビームスプリッタ34により反射されて、波長分離部36に導入される。
These backscattered light travels in a direction opposite to the laser light introduction direction and is emitted from the end of the
波長分離部36には、波長に応じて光を透過又は反射するビームスプリッタ46a〜46cと、特定の波長の光のみを透過する光学フィルタ48a〜48cとが設けられている。また、波長分離部36には、光学フィルタ48a〜48cを透過した光をそれぞれ光検出器38の受光部52a〜52cに集光する集光レンズ50a〜50cが設けられている。
The
波長分離部36に入射した光は、ビームスプリッタ46a〜46c及び光学フィルタ48a〜48cによりレイリー散乱光、ストークス光及び反ストークス光に分離され、光検出器38の受光部52a〜52cにそれぞれ入力される。その結果、受光部52a〜52cからはレイリー散乱光、ストークス光及び反ストークス光の強度に応じた信号が出力される。
The light incident on the
CPU10は、光検出部38により検出された信号に対して所定の信号処理を行い、光ファイバ14の長手方向に沿った温度分布(温度分布データ)を以下のようにして求める。
The
上述したように、ストークス光は温度依存性が小さく、反ストークス光は温度依存性が大きいため、両者の強度の比に基づいて、後方散乱が発生した位置の温度を求めることが可能である。 As described above, since the Stokes light has a small temperature dependency and the anti-Stokes light has a large temperature dependency, it is possible to obtain the temperature at the position where the backscattering occurs based on the ratio of the two intensities.
ストークス光の強度Is(Stokes)と反ストークス光の強度Is(anti-Stokes)との比は、以下のような式(1)により表される。なお、式(1)において、ωkは光ファイバ中のオプティカルフォノンの角周波数であり、ω0は入射光の角周波数であり、hはプランク定数であり、kはボルツマン定数であり、Tは温度である。 The ratio of the Stokes light intensity Is (Stokes) to the anti-Stokes light intensity Is (anti-Stokes) is expressed by the following equation (1). In Equation (1), ω k is the angular frequency of the optical phonon in the optical fiber, ω 0 is the angular frequency of the incident light, h is the Planck constant, k is the Boltzmann constant, and T is Temperature.
(Is(anti-Stokes)/Is(Stokes))={(ω0+ωk)/(ω0−ωk)}4×exp(−hωk/2πkT) ・・・ (1)
従って、ストークス光と反ストークス光との強度比が分かれば、後方散乱が発生した位置における温度を式(1)に基づいて算出することが可能である。
( Is (anti-Stokes) / Is (Stokes) ) = {(ω 0 + ω k ) / (ω 0 −ω k )} 4 × exp (−hω k / 2πkT) (1)
Therefore, if the intensity ratio between Stokes light and anti-Stokes light is known, the temperature at the position where the backscattering occurs can be calculated based on Equation (1).
ところで、光ファイバ14内で発生した後方散乱光は、光ファイバ14の光源側の端部に向かって進行する過程で減衰する。このため、後方散乱が生じた位置における温度を正しく求めるためには、光の減衰が考慮される。
By the way, the backscattered light generated in the
図4は、光ファイバの長手方向における実際の温度分布の例を示す図である。図4の横軸は、距離を示している。図4の縦軸は、温度を示している。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an actual temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the distance. The vertical axis | shaft of FIG. 4 has shown temperature.
光ファイバ14が敷設された経路の一部に高温部と低温部と高温部とが順に存在している。
A high temperature part, a low temperature part, and a high temperature part exist in order in a part of the path where the
図5は、実際の温度分布が図4のようになっている場合に得られるラマン散乱光の信号強度の時系列分布の例を示す図である。図5の横軸は、時間を示している。図5の縦軸は、光ファイバ14にパルス状のレーザ光(レーザパルス)を入射した際に光検出器38により検出されるストークス光及び反ストークス光の信号強度を示している。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a time series distribution of signal intensity of Raman scattered light obtained when the actual temperature distribution is as shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 indicates time. The vertical axis in FIG. 5 indicates the signal intensity of the Stokes light and the anti-Stokes light detected by the
実際の温度分布が図4のようになっている場合、即ち、ファイバ14が敷設された経路の一部に高温部と低温部と高温部とが順に存在する場合には、ストークス光及び反ストークス光の信号強度は、図5に示すような挙動を示す。
When the actual temperature distribution is as shown in FIG. 4, that is, when a high temperature portion, a low temperature portion, and a high temperature portion are sequentially present in a part of the path where the
図5の横軸に示す時間は、光ファイバの光源側の端部から後方散乱が生じた位置までの距離に対応している。 The time shown on the horizontal axis in FIG. 5 corresponds to the distance from the end of the optical fiber on the light source side to the position where backscattering occurs.
また、信号強度の経時的な低下は、後方散乱した光が光ファイバ14の光源側の端部に向かって進行する際における減衰によるものである。
The decrease in signal intensity with time is due to attenuation when backscattered light travels toward the light source side end of the
なお、図5におけるI1は、ある時間tにおける反ストークス光の強度を示している。また、図5におけるI2は、ある時間tにおけるストークス光の強度を示している。 Note that I 1 in FIG. 5 indicates the intensity of the anti-Stokes light at a certain time t. Further, I 2 in FIG. 5 indicates the intensity of Stokes light at a certain time t.
図6は、ラマン散乱光の強度の時系列分布に基づいて求められる光ファイバの長手方向における温度分布を示す図である。図6の横軸は、距離を示している。図6の縦軸は、温度を示している。 FIG. 6 is a diagram showing a temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber obtained based on the time-series distribution of the intensity of Raman scattered light. The horizontal axis in FIG. 6 indicates the distance. The vertical axis | shaft of FIG. 6 has shown temperature.
図6は、図5に示すようなラマン散乱光の信号強度の時系列分布に基づいて、I1/I2比を時間毎に計算し、且つ、図5の横軸(時間)を距離に換算し、図5の縦軸(信号強度)を温度に換算することにより得られたものである。 6 calculates the I 1 / I 2 ratio for each time based on the time series distribution of the signal intensity of Raman scattered light as shown in FIG. 5, and the horizontal axis (time) in FIG. It is obtained by converting and converting the vertical axis (signal intensity) in FIG. 5 into temperature.
このように、反ストークス光とストークス光との強度比(I1/I2)を計算することにより、光ファイバの長さ方向における温度分布を求めることが可能である。 Thus, by calculating the intensity ratio (I 1 / I 2 ) between the anti-Stokes light and the Stokes light, the temperature distribution in the length direction of the optical fiber can be obtained.
レーザ光源30から出射されるレーザ光のパルス幅(ON時間)t0を10nsec、真空中の光の速度cを3×108m/sec、光ファイバ14のコア44の屈折率nを1.5とすると、光ファイバ14内におけるレーザ光のパルス幅Wは、以下の式(2)に示すように約2mとなる。
The pulse width (ON time) t 0 of laser light emitted from the
W=t0・c/n=10(nsec)・3×108(m/sec)/1.5≒2(m) ・・・(2)
光ファイバにレーザ光を導入した際に生ずる後方散乱光は、上述したように、光検出器38により信号として検出される。CPU16は、光検出器38により検出されたパルス幅分の信号の積算値に基づいて、各箇所の温度を求める。光検出器38により検出される信号のパルス幅分の積算値に基づいて温度を求めるため、このようにして求められる温度分布(以下、「測定温度分布」という)は、高温部と低温部との境界付近においては、比較的なだらかに変化する。
W = t 0 · c / n = 10 (nsec) · 3 × 10 8 (m / sec) /1.5≈2 (m) (2)
Backscattered light generated when laser light is introduced into the optical fiber is detected as a signal by the
図7は、実際の温度分布と測定温度分布との関係の例を示す図(その1)である。 FIG. 7 is a diagram (part 1) illustrating an example of a relationship between an actual temperature distribution and a measured temperature distribution.
図7(a)は、実際の温度分布の例を示している。高温部と低温部と高温部とが順に位置している。 FIG. 7A shows an example of an actual temperature distribution. A high temperature part, a low temperature part, and a high temperature part are located in order.
長さLは、光ファイバ14のうちの低温部に位置している部分の長さを示している。
The length L indicates the length of the portion of the
光ファイバ14のうちの低温部に位置している部分の長さLがレーザ光のパルス幅Wに対して十分に長くない場合には、測定温度分布は、図7(b)に示すような略正規分布状の曲線となる。
When the length L of the portion located in the low temperature portion of the
図8は、実際の温度分布と測定温度分布との関係の例を示す図(その2)である。 FIG. 8 is a diagram (part 2) illustrating an example of a relationship between an actual temperature distribution and a measured temperature distribution.
図8(a)及び図8(b)は、低温部に位置する光ファイバ14の長さLが、レーザ光のパルス幅Wに対して短い場合を示している。このような場合には、測定温度分布の低温部における最低値(極値、極小値)は、実際の温度より高くなる。
FIGS. 8A and 8B show a case where the length L of the
図8(c)は、低温部に位置する光ファイバ14の長さLが、レーザ光のパルス幅Wと同等の場合を示している。このような場合には、測定温度分布の低温部における最低値は、実際の温度と同等となる。
FIG. 8C shows a case where the length L of the
図9は、実際の温度分布と測定温度分布との関係の例を示す図(その3)である。図9における横軸は、距離を示している。図9における縦軸は、温度を示している。図9におけるステップ型の温度分布は、実際の温度分布の例を示している。図9における略正規分布状の温度分布は、測定温度分布を示している。図9において実線で示した温度分布は、低温部に位置する光ファイバ14の長さLが40cmである場合を示している。図9において破線で示した温度分布は、低温部に位置する光ファイバ14の長さLが1mである場合を示している。図9において一点鎖線で示した温度分布は、低温部に位置する光ファイバ14の長さLが1.6mである場合を示している。図9において二点差線で示した温度分布は、低温部に位置する光ファイバ14の長さLが2.2mである場合を示している。なお、図9は、後述するケース内の温度が25.4℃であり、水温が20℃である場合に対応している。
FIG. 9 is a diagram (part 3) illustrating an example of a relationship between an actual temperature distribution and a measured temperature distribution. The horizontal axis in FIG. 9 indicates the distance. The vertical axis in FIG. 9 indicates the temperature. The step-type temperature distribution in FIG. 9 shows an example of an actual temperature distribution. The temperature distribution having a substantially normal distribution in FIG. 9 indicates the measured temperature distribution. The temperature distribution indicated by the solid line in FIG. 9 indicates a case where the length L of the
図9から分かるように、低温部の光ファイバ14の長さが、レーザ光のパルス幅Wである約2mよりも短い場合には、測定温度分布の低温部における最小値は、実際の温度よりも高くなる。
As can be seen from FIG. 9, when the length of the
一方、低温部の光ファイバ14の長さが、レーザ光のパルス幅W以上の場合には、測定温度分布の低温部における最小値は、実際の温度と同等となる。
On the other hand, when the length of the
図10は、本実施形態による測定装置の測定部を示す斜視図である。図11は、本実施形態による測定装置の測定部を示す側面図である。図12は、本実施形態による測定装置の測定部を示す平面図(その1)である。図13は、本実施形態による測定装置の測定部を示す平面図(その2)である。 FIG. 10 is a perspective view illustrating a measurement unit of the measurement apparatus according to the present embodiment. FIG. 11 is a side view showing the measurement unit of the measurement apparatus according to the present embodiment. FIG. 12 is a plan view (part 1) illustrating the measurement unit of the measurement apparatus according to the present embodiment. FIG. 13 is a plan view (part 2) illustrating the measurement unit of the measurement apparatus according to the present embodiment.
図10に示すように、測定部12の基体(基部)54の四隅には、浮体(ブイ)56a〜56dが配されている。浮体56a〜56dは、測定部12の基体54に浮力を付与し、測定部12を流体に浮かべるためのものである。
As shown in FIG. 10, floating bodies (buoys) 56 a to 56 d are arranged at the four corners of the base (base) 54 of the
図10における紙面手前側が測定部12の前側であり、図10における紙面奥側が測定部12の後ろ側である。
The front side of the paper surface in FIG. 10 is the front side of the
基体54の後ろ側の2つの浮体56c、56dは、フレーム部材(継ぎ手)58aにより互いに接続されている。フレーム部材58aの両端は、図12に示すように、浮体56c,56dの側部にそれぞれ固定されている。
The two floating
また、基体54の後ろ側の2つの浮体56c、56dは、フレーム部材(継ぎ手)58bにより互いに接続されている。フレーム部材58bの両端は、浮体56c、56dの上部にそれぞれ固定されている。フレーム部材58bは、後ろ側の2つの浮体56c,56dを互いに接続するのみならず、後述する帯状の部材90a,90bが引っ掛けられるものである。
The two floating
右前側の浮体56aと右後ろ側の浮体56cとは、フレーム部材(継ぎ手)58cにより互いに接続されている。フレーム部材58cの両端は、浮体56a,56cの側部にそれぞれ固定されている。
The right
左前側の浮体56bと左後ろ側の浮体56dとは、フレーム部材(継ぎ手)58dにより互いに接続されている。フレーム部材58dの両端は、浮体56b,56dの側部にそれぞれ固定されている。
The left
フレーム部材58a〜58dとしては、例えば円筒状の部材が用いられている。フレーム部材58a〜58dの材料としては、例えば繊維強化プラスチック(Fiber Reinforced Plastics、FRP)が用いられている。フレーム部材58a〜58dの直径は、例えば60mm程度とする。フレーム部材58a〜58dの肉厚は、例えば2mm程度とする。フレーム部材58a〜58dの長さは、例えば1200mm程度とする。
For example, cylindrical members are used as the
浮体56a〜56dは、例えば中空体により形成されている。浮体56a〜56dの外形は、例えば略円柱状とする。浮体56a〜56dの直径は、例えば300mm程度とする。前側の浮体56a,56bの高さは、例えば200mm程度とする。後ろ側の浮体56c,56dの高さは、例えば160mm程度とする。浮体56a〜56dの肉厚は、例えば2mm程度とする。浮体56a〜56dには、浮力を調整するための錘(図示せず)が内蔵されていてもよい。浮体56a〜56dは、鎖60等を用いて海底(図示せず)等に固定される。浮体56a〜56dの材料としては、例えばポリエチレン等を用いることができる。
The floating
なお、浮体56a〜56dを海底等に固定するために用いられる手段は、鎖60に限定されるものではない。例えば、ロープ等を用いて浮体56a〜56dを海底に固定してもよい。
The means used for fixing the floating
浮体56a〜56dとフレーム部材58a〜58dとは、例えば、図示しないボルト等の固定部材(固定要素)を用いて固定される。
The floating
浮体56a〜56dの上部には、それぞれ柱状部材(スペーサ)62a〜62dが取り付けられている。柱状部材62a〜62dは、中空体により形成されている。前側の2つの浮体56a,56b上に取り付けられた柱状部材62a,62bの高さは、後ろ側の2つの浮体56c、56d上に取り付けられた柱状部材62c,62dの高さより高く設定されている。柱状部材62a〜62dは、例えば、図示しないボルト等の固定部材(固定要素)を用いて浮体56a〜56dに固定されている。柱状部材62a〜62dの直径は、例えば100mm程度とする。前側の柱状部材62a,62bの高さは、例えば100mm程度とする。後ろ側の柱状部材62c,62dの高さは、例えば20mm程度とする。柱状部材62a〜62dの肉厚は、例えば2mm程度とする。
Columnar members (spacers) 62a to 62d are attached to the upper parts of the floating
柱状部材62a,62bがそれぞれ取り付けられた前側の2つの浮体56a,56b上には、フレーム部材(台座)64aが配されている。フレーム部材64aの両端は、柱状部材62a,62bを介して、浮体56a,56bにそれぞれ接続されている。
A frame member (pedestal) 64a is disposed on the two front floating
また、柱状部材62c、62dが取り付けられた後ろ側の2つの浮体56c、56d上には、フレーム部材(台座)64bが配されている。フレーム部材64bの両端は、柱状部材62c、62dを介して、浮体56c,56dにそれぞれ接続されている。
A frame member (pedestal) 64b is arranged on the two rear floating
フレーム部材64a,64bの材料としては、例えばステンレス等が用いられている。フレーム部材64a,64bの外形寸法は、例えば100mm×1.2m×2mm程度とする。フレーム部材64a,64bと柱状部材62a〜62dとは、例えば、図示しないボルト等の固定部材(固定要素)を用いて固定されている。
As a material of the
こうして、フレーム部材58a〜58d、64a、64b及び浮体56a〜56d等を適宜組み合わせることにより、測定部12の基体54が形成されている。
Thus, the
測定部12の基体54には、ケース(保温ケース)66が取り付けられている。
A case (heat insulation case) 66 is attached to the
図14は、ケースを示す斜視図である。図15は、ケースのスリットの部分と光ファイバとの関係を部分的に示す斜視図である。 FIG. 14 is a perspective view showing the case. FIG. 15 is a perspective view partially showing the relationship between the slit portion of the case and the optical fiber.
ケース66は、外気を遮断し、流体4の温度に対して温度が大きく異なった箇所を形成するためのものである。ケース66の側部には、光ファイバ14を通すためのスリット(図示せず)が形成されている。また、ケース66の底面(底部)には、光ファイバ14を通すための2つのスリット68a,68bが並行するように形成されている。スリット68a,68bは、ケース66の密閉性(保温性)を確保しつつ、光ファイバ14をケース66の外側から内側に導入し、又は、光ファイバ14をケース66の内側から外側に引き出すためのものである。ケース66の底面に形成されたスリット68a,68bの長手方向は、例えば、ケース66の長手方向と一致している。ケース66の外形寸法は、例えば、2000mm×500mm×120mm程度とする。ケース66の底面に形成されたスリット68a,68bの長さは、例えば190mm程度とする。ケース66の材料としては、例えばポリエチレン等が用いられている。ケース66の肉厚は、例えば2mm程度とする。スリット68a、68bが形成される部分の部材70a、70bの材料としては、例えば、ウレタンやゴム等が用いられている。
The
ケース66の後ろ側の底部は、フレーム部材64b上に固定されている。ケース66は、例えば、図示しないボルト等の固定部材(固定要素)を用いて固定されている。
The bottom of the rear side of the
ケース66のうちのフレーム部材64aの下方に位置する部分は、フレーム部材64aの下面側に固定されている。これにより、ケース66は、フレーム部材64aから吊り下げられるように支持されている。ケース66とフレーム部材64aとは、例えば、図示しないボルト等の固定部材(固定要素)を用いて固定されている。
A portion of the
ケース66の底部の両側部には、ケース66の長手方向に沿うように、ガイド部(浮きボビンガイド、ガイド機構)72a,72bが設けられている。ガイド部72a,72bは、ボビン状の浮体76を、ケース66の長手方向に沿うように変位させるためのものである。ガイド部72a,72bの材料としては、例えばポリエチレン等が用いられている。ガイド部72a,72bとケース66とは、例えば一体成形されている。ガイド部72a,72bの直径は、例えば60mm程度とする。ガイド部72a,72bの長さは、例えば2000mm程度とする。
Guide portions (floating bobbin guides, guide mechanisms) 72 a and 72 b are provided on both sides of the bottom portion of the
図16は、ガイド部、ボビン状の浮体、及び、流体流受け部を示す部分的な斜視図である。 FIG. 16 is a partial perspective view showing a guide portion, a bobbin-like floating body, and a fluid flow receiving portion.
図16に示すように、ガイド部72a,72bには、ガイド部72a,72bの長手方向に沿うように溝74a,74bが形成されている。溝74a,74bは、ボビン状の浮体76を、ケース66の長手方向に沿うように変位させるためのものである。溝74a,74bの幅は、例えば15mm程度とする。溝74a,74bの深さは、例えば20mm程度とする。
As shown in FIG. 16,
ケース66の下方には、ボビン状の浮体(浮きボビン)76が配される。
A bobbin-like floating body (floating bobbin) 76 is disposed below the
図17は、ボビン状の浮体を示す平面図及び側面図である。図17(a)は平面図であり、図17(b)は側面図である。 FIG. 17 is a plan view and a side view showing a bobbin-like floating body. FIG. 17A is a plan view, and FIG. 17B is a side view.
ボビン状の浮体76は、中空体により形成されており、円筒状の部分78と、円筒状の部分78の両端部に形成された板状の部分80a,80bとを有している。円筒状の部分78と板状の部分80a,80bとは、例えば一体形成されている。円筒状の部分78には、円筒状の部分78の外周に沿うように2つの凹部(溝)82a,82bが形成されている。かかる凹部82a,82bは、ケース66から引き出された光ファイバ14を導くためのものであり、円筒状の部分78の長手方向に光ファイバ14が移動してしまうのを防止するためのものである。板状の部分80a,80bは、ガイド部72a,72bの溝74,74bにそれぞれ係合するものであり、ケース66の長手方向、即ち、スリット68a,68bの長手方向に沿うようにボビン状の浮体76を変位させるためのものである。ボビン状の浮体76は、スリット68a,68bの長手方向に沿って変位する際に、回転しないことが好ましい。このため、板状の部分80a,80bの平面形状を略長方形としている。ボビン状の浮体76の内部には、浮力を調整するための錘が内蔵されていてもよい。円筒状の部分78の直径は、例えば80mm程度とする。円筒状の部分78の長さは、例えば300mm程度とする。板状の部分80a,80bの寸法は、200mm×120mm×10mm程度とする。板状の部分80a,80bの角部には、フィレット加工が施されている。フィレット半径は、例えば30mm程度とする。
The bobbin-like floating
なお、板状の部分80a,80bの平面形状は、略長方形に限定されるものではない。例えば、板状の部分80a,80bの平面形状を、略楕円形としてもよい。
The planar shape of the plate-
ボビン状の浮体76には、流体流受け部(海流受け部、水流受け部)84が取り付けられている。流体流受け部84は、流速に応じた力を流体から受け、ボビン状の浮体76を流体の流速に応じて変位させるためのものである。流体流受け部84は、流速に応じた力を受けるための流体流受け部材(海流受け部材、水流受け部材)86と、流体流受け部材86を支持するための支持部材88とを有している。支持部材88の形状は、例えばΠ字型となっている。流体流受け部材86の側部は、支持部材88に固定されている。流体流受け部材86は、例えば、複数の孔89が形成されたシート等により形成されている。かかるシートの材料としては、例えばナイロン等が用いられる。
A fluid receiving portion (sea current receiving portion, water flow receiving portion) 84 is attached to the bobbin-like floating
流体流受け部材86の寸法は、例えば以下のような2つの具体例が考えられる。
For example, the following two specific examples of the dimensions of the
第1の具体例では、流体流受け部材86の寸法を、例えば450mm×400mm×0.3mm程度とする。
In the first specific example, the dimension of the
第2の具体例では、流体流受け部材86の寸法を、例えば1000mm×1000mm×0.3mm程度とする。
In the second specific example, the dimension of the
支持部材88は、流体流受け部材86よりも剛性の高い材料により形成されている。支持部材88の材料としては、例えばステンレス等が用いられる。ボビン状の浮体76と流体流受け部84とは、例えば、図示しないボルト等の固定部材(固定要素)を用いて固定されている。
The
なお、流体流受け部材86は、孔89が形成された部材に限定されるものではない。例えば、流体流受け部材86として、網状の部材を用いてもよい。
The
ボビン状の浮体76には、帯状の部材90a,90bが取り付けられている(図13参照)。これら帯状の部材90a,90bは、ケース66のスリット68a,68bの長手方向に沿って、互いに並行するように配される。シート状90a,90bの部材は、フレーム部材56bに引っ掛けられている(図11参照)。帯状の部材90a,90bの前側の端部は、ボビン状の浮体76のうちの円筒状の部分78に取り付けられている。帯状の部材の後ろ側の端部には、錘(バランサ)92が取り付けられている。錘92は、円柱状に形成されている。右側の帯状の部材90aの前側の端部は、ボビン状の浮体76の円筒状の部分78の右側に固定されている。左側の帯状の部材90bの前側の端部は、ボビン状の浮体76の円筒状の部分78の左側に固定されている。右側の帯状の部材90aの後ろ側の端部は、錘92の右側の部分に取り付けられている。左側の帯状の部材90bの後ろ側の端部は、錘92の左側の部分に取り付けられている。
Band-shaped
ボビン状の浮体76の両端部は、それぞれ弾性体94a、94bを介して、基体54に支持されている。より具体的には、ボビン状の浮体76の両端部は、それぞれ弾性体94a、94bを介して、前側の浮体56a,56bに支持されている。かかる弾性体94a,94bとしては、例えばゴム等を用いることができる。かかるゴムとしては、例えば、シリコーンゴムや、カーボンが添加された天然ゴム等を用いることができる。
Both ends of the bobbin-like floating
なお、弾性体94a,94bは、ゴムに限定されるものではない。弾性体94a,94bとして、例えば、ばね等を用いてもよい。
The
光ファイバ(光ファイバケーブル)14は、処理部10から測定部12に達するように敷設される(図1参照)。
The optical fiber (optical fiber cable) 14 is laid so as to reach the
測定部12に達した光ファイバ14は、測定部12の所定の箇所に配された巻き付け部材96に巻き付けられ、更に巻き付け部材98に巻き付けられ、ケース66の側部のスリット(図示せず)を介してケース66内に導入される。ケース66内に導入された光ファイバ14は、ケース66内に配された巻き付け部材100に巻き付けられる。光ファイバ14のうちのケース66内の巻き付け部材100に巻き付けられた部分は、ケース66内の温度を測定するための部分として用いられる。光ファイバ14のうちの巻き付け部材100に巻き付けられる部分の長さは、ケース66内の温度を確実に測定すべく、レーザ光のパルス幅Wよりも十分に長く設定することが好ましい。ここでは、光ファイバ14のうちの巻き付け部材100に巻き付けられる部分の長さを、例えば4m程度とする。
The
光ファイバ14は、上記のように巻き付け部材100に巻き付けられた後、ケース66の側部に形成されたスリット(図示せず)を介してケース66外に引き出され、測定部12の所定の箇所に配された巻き付け部材102に巻き付けられる。光ファイバ14のうちの巻き付け部材102に巻き付けられた部分は、ケース66の外側の空気(大気)の温度を測定するための部分として用いられる。光ファイバ14のうちの巻き付け部材102に巻き付けられる部分の長さは、ケース66の外側の空気の温度を確実に測定すべく、レーザ光のパルス幅Wよりも十分に長く設定することが好ましい。ここでは、光ファイバ14のうちの巻き付け部材102に巻き付けられる部分の長さを、例えば、巻き付け部材100と同様に、4m程度とする。
After the
光ファイバ14は、上記のように巻き付け部材102に巻き付けられた後、ケース66の側部に形成されたスリット(図示せず)を介してケース66内に導入され、ケース66内に配された巻き付け部材104に巻き付けられる。光ファイバ14のうちの巻き付け部材104に巻き付けられる部分の長さは、図6及び図7を用いて上述した高温部の温度を測定する部分に該当する。従って、光ファイバ14のうちの巻き付け部材104に巻き付けられる部分の長さは、レーザ光のパルス幅Wよりも十分に長く設定することが好ましい。ここでは、光ファイバ14のうちの巻き付け部材104に巻き付けられる部分の長さを、例えば4m程度とする。
After the
光ファイバ14は、上記のように巻き付け部材104に再度巻き付けられた後、ケース66に形成されたスリット68aを介して、ケース66の外部に引き出される。スリット68aを介してケース66の外側に引き出された光ファイバ14は、図示しない錘(先端錘)が取り付けられた巻き付け部材(ターゲット)106に巻き付けられ、ケース66に形成されたスリット68bを介して、ケース66の内部に導入される。ケース66の内部に導入された光ファイバ14は、ケース66内に配された巻き付け部材108に巻き付けられる。光ファイバ14のうちの巻き付け部材106に巻き付けられる部分の長さは、図6及び図7を用いて上述した低温部の温度を測定する部分に該当する。従って、光ファイバ14のうちの巻き付け部材106に巻き付けられる部分の長さは、レーザ光のパルス幅Wよりも十分に長く設定することが好ましい。ここでは、光ファイバ14のうちの巻き付け部材106に巻き付けられる部分の長さを、例えば4m程度とする。光ファイバ14のうちの巻き付け部材108に巻き付けられる部分の長さは、図6及び図7を用いて上述した高温部の温度を測定する部分に該当する。従って、光ファイバ14のうちの巻き付け部材108に巻き付けられる部分の長さは、レーザ光のパルス幅Wよりも十分に長く設定することが好ましい。ここでは、光ファイバ14のうちの巻き付け部材108に巻き付けられる部分の長さを、例えば、巻き付け部材104と同様に、4m程度とする。
After the
光ファイバ14は、上記のように巻き付け部材108に巻き付けられた後、ケース66の側部に形成されたスリット(図示せず)を介してケース66の外側に引き出される。ケース66の外側に引き出された光ファイバ14は、巻き付け部材98に巻き付けられ、更に巻き付け部材96に巻き付けられ、必要に応じて、他の測定部に達するように敷設される。
After the
なお、他の測定部を設けない場合には、光ファイバ14の終端は測定部12上に位置していてよい。
When no other measurement unit is provided, the end of the
錘が付された巻き付け部材106は、光ファイバ14とともに、流体4中に浸漬される。この際、光ファイバ14は、ボビン状の浮体76を経由するように配される。より具体的には、光ファイバ14は、ボビン状の浮体76の凹部82a、82bに係合するように配される。
The winding
帯状の部材90a,90bの後端部に取り付けられた錘92の質量とは、流体の流れが生じていない際に、釣り合いがとれるように設定されている。
The mass of the
図18は、測定部の動作の例を示す側面図及び平面図(その1)である。図18(a)は側面図であり、図18(b)は平面図である。 FIG. 18 is a side view and a plan view (part 1) illustrating an example of the operation of the measurement unit. FIG. 18A is a side view, and FIG. 18B is a plan view.
図18は、流体の流れが生じていない場合を示すものである。図18に示すように、流体の流れが生じていない場合には、ボビン状の浮体(変位部)76は、基準位置に位置する。即ち、流体の流れが生じていない場合には、ボビン状の流体76の変位はゼロとなる。
FIG. 18 shows a case where no fluid flow occurs. As shown in FIG. 18, when no fluid flows, the bobbin-like floating body (displacement part) 76 is located at the reference position. That is, when no fluid flow occurs, the displacement of the bobbin-
図19は、測定部の動作の例を示す側面図及び平面図(その2)である。図19(a)は側面図であり、図19(b)は平面図である。 FIG. 19 is a side view and a plan view (part 2) illustrating an example of the operation of the measurement unit. FIG. 19A is a side view, and FIG. 19B is a plan view.
図19は、測定部12の前側から後ろ側に向かうような流体の流れが生じている場合を示すものである。図19に示すように、測定部12の前側から後ろ側に向かうような流体の流れが生じている際には、ボビン状の浮体76は、流体の流速に応じて、測定部12の後ろ側に変位する。
FIG. 19 shows a case where a fluid flow is generated from the front side to the rear side of the
図20は、測定部の動作の例を示す側面図及び平面図(その3)である。図20(a)は側面図であり、図20(b)は平面図である。 FIG. 20 is a side view and a plan view (part 3) illustrating an example of the operation of the measurement unit. FIG. 20A is a side view, and FIG. 20B is a plan view.
図20は、測定部12の後ろ側から前側に向かうような流体の流れが生じている場合を示すものである。図20に示すように、測定部12の後ろ側から前側に向かうような流体の流れが生じている際には、ボビン状の浮体76は、流体の流速に応じて、測定部12の前側に変位する。
FIG. 20 shows a case where a fluid flow is generated from the rear side to the front side of the
このように、ボビン状の浮体(変位部)76は、流体の流速に応じて変位する。 Thus, the bobbin-like floating body (displacement part) 76 is displaced according to the flow velocity of the fluid.
図21は、ボビン状の浮体の変位と流体の流速との関係を示すグラフである。図21(a)は、流体流受け部材86の寸法が第1の具体例の場合、即ち、例えば450mm×400mm×0.3mm程度の場合に対応している。図21(b)は、流体流受け部材86の寸法が第2の具体例の場合、即ち、例えば1000mm×1000mm×0.3mm程度の場合に対応している。
FIG. 21 is a graph showing the relationship between the displacement of the bobbin-like floating body and the fluid flow velocity. FIG. 21A corresponds to the case where the dimension of the
図21(a)及び図21(b)に示すように、ボビン状の浮体76は、流体の流速に応じて変位する。
As shown in FIGS. 21A and 21B, the bobbin-like floating
また、流体流受け部材86の面積に応じて、ボビン状の浮体76の変位が大きくなる。
Further, the displacement of the bobbin-like floating
ボビン状の浮体76の変位と流体の流速との関係は、実測を行うことにより取得してもよいし、シミュレーション等により算出してもよい。また、後述するように、ボビン状の浮体(変位部)76の変位と流体の流速との関係を計算により求めることも可能である。
The relationship between the displacement of the bobbin-like floating
ボビン状の浮体76は、上記のように流体の流速に応じて変位する。そして、ボビン状の浮体76が変位すると、流体に浸漬されている光ファイバ14の浸漬長が変化する。従って、光ファイバ14の浸漬長は、流体の流速に応じて変化する。
The bobbin-like floating
ボビン状の浮体76の変位に応じて光ファイバ14の浸漬長が変化するため、ボビン状の浮体76の変位と流体の流速との関係を予め求めておけば、光ファイバ14の浸漬長に基づいて流体の流速を求めることが可能である。
Since the immersion length of the
本実施形態による測定装置は、光ファイバ14の浸漬長に基づいて流体の流速を求めることができる。
The measuring apparatus according to the present embodiment can determine the fluid flow velocity based on the immersion length of the
光ファイバ14の流体への浸漬長がレーザ光のパルス幅Wと同等の場合には、測定温度分布は、例えば、図8(c)に示すような分布となる。即ち、測定温度分布における最小値は、流体の温度と同等となるが、低温部の長さL、即ち、光ファイバ14が流体に浸漬されている部分の長さ(浸漬長)Lを、図8(c)に示すような測定温度分布から一義的に求めることは困難である。
When the immersion length of the
図22は、実際の温度分布と測定温度分布との関係の例を示す図(その4)である。 FIG. 22 is a diagram (part 4) illustrating an example of a relationship between an actual temperature distribution and a measured temperature distribution.
光ファイバ14の流体への浸漬長をレーザ光のパルス幅Wに対して十分に長く設定すれば、図22に示すような測定温度分布となるが、このような測定温度分布からも、低温部の長さL、即ち、光ファイバ14の浸漬長Lを、一義的に求めることは困難である。
If the immersion length of the
そこで、本実施形態では、伝達関数を予め求めておき、後述するような処理を行うことにより、光ファイバ14の浸漬長を求める。
Therefore, in the present embodiment, the transfer function is obtained in advance, and the immersion length of the
図23は、伝達関数を示すグラフである。 FIG. 23 is a graph showing a transfer function.
このような伝達関数は、以下のようにして求めることができる。 Such a transfer function can be obtained as follows.
図24は、光ファイバのうちの一部を所定の温度の水に浸漬した状態を示す斜視図である。 FIG. 24 is a perspective view showing a state in which a part of the optical fiber is immersed in water having a predetermined temperature.
図24に示すように、容器110内に所定の温度の水112を入れる。
As shown in FIG. 24,
そして、光ファイバ14のうちの一部を水112に浸漬する。
Then, a part of the
光ファイバ14の長手方向に沿った実際の温度分布は、光ファイバ14が浸漬された水112の温度と、空気中の温度とから求めることができる。
The actual temperature distribution along the longitudinal direction of the
そして、本実施形態による測定装置の処理部10に光ファイバ14を接続し、光ファイバ14にパルス状のレーザ光を導入し、上記のようにして、光ファイバ14の長手方向に沿った温度分布(測定温度分布)を求める。
Then, the
図25は、測定温度分布の例を示すグラフである。図25における横軸は距離を示しており、図25における縦軸は温度を示している。図25は、光ファイバ14を図24のように設定した状態で得られた測定温度分布である。
FIG. 25 is a graph showing an example of the measured temperature distribution. The horizontal axis in FIG. 25 indicates the distance, and the vertical axis in FIG. 25 indicates the temperature. FIG. 25 is a measured temperature distribution obtained with the
実際の温度分布に伝達関数を畳み込むことにより得られる温度分布は、理論的には、測定温度分布と同様の温度分布となる。従って、実際の温度分布と測定温度分布とに基づいて、伝達関数を求めることが可能である。 The temperature distribution obtained by convolving the transfer function with the actual temperature distribution is theoretically the same temperature distribution as the measured temperature distribution. Accordingly, it is possible to obtain a transfer function based on the actual temperature distribution and the measured temperature distribution.
次に、本実施形態による測定方法について説明する。 Next, the measurement method according to the present embodiment will be described.
図26は、本実施形態による測定方法を示すフローチャートである。 FIG. 26 is a flowchart showing the measurement method according to the present embodiment.
まず、CPU16からの命令により、レーザ光源30からパルス状にレーザ光が出射される。レーザ光源30から出射されたレーザ光は、レンズ32a,32bやビームスプリッタ34等を介して、光ファイバ14に導入される。光ファイバ14内にレーザ光が導入されると、光ファイバ14中の分子によりレーザ光が後方散乱される。後方散乱光は、光ファイバ14の光源側の端部に向かって進行し、光ファイバ14の光源側の端部から出射される。そして、ビームスプリッタ34により反射され、波長フィルタ36を介して光検出器38に入射される。CPU16は、光検出器38により検出された後方散乱光に基づいて、上記のようにして、光ファイバ14の長手方向に沿った温度分布(測定温度分布)を求める(ステップS1)。
First, a laser beam is emitted in a pulse form from the
図27は、光ファイバの長手方向に沿った温度分布の例を示す図である。図27における横軸は距離(位置)を示しており、図27における縦軸は温度を示している。図27における実線は、実際の温度分布の例を示しており、図27における破線は、測定温度分布の例を示している。また、図27における符号96,98,100,102,104,106,108は、各巻き付け部材を示している。
FIG. 27 is a diagram illustrating an example of a temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber. The horizontal axis in FIG. 27 indicates the distance (position), and the vertical axis in FIG. 27 indicates the temperature. The solid line in FIG. 27 shows an example of the actual temperature distribution, and the broken line in FIG. 27 shows an example of the measured temperature distribution. Moreover, the code |
次に、CPU16は、測定温度分布に基づいて、ケース66の内側の空気の温度(ケース内温度)、ケース66の外側の空気の温度(空気温度)、及び、流体(海水)の温度(流体温度)を求める(ステップS2)。巻き付け部材100が位置する箇所の温度が、ケース内温度として用いられる(ケース内基準温度)。また、巻き付け部材102が位置する箇所の温度が、空気温度として用いられる(空気基準温度)。また、巻き付け部材106が位置する箇所の温度が流体温度として用いられる(流体基準温度)。
Next, the
次に、CPU16は、後述する温度分布モデル(温度分布モデル関数)における浸漬長Lの値を、最大浸漬長Lmaxに設定する(ステップS3)。最大浸漬長Lmaxとは、錘が付された巻き付け部材106を用いて浸漬された光ファイバ14が、最大限の長さで浸漬された場合の浸漬長である。設定された浸漬長Lの値は、RAM20内に設けられた浸漬長メモリ(図28参照)に記憶される。
Next, CPU16 sets the value of immersion length L in the temperature distribution model (temperature distribution model function) mentioned later to the maximum immersion length Lmax (step S3). The maximum immersion length Lmax is an immersion length when the
図28は、本実施形態による測定装置の処理部のRAMのメモリ構成の一部を示す図である。 FIG. 28 is a diagram showing a part of the memory configuration of the RAM of the processing unit of the measuring apparatus according to the present embodiment.
次に、CPU16は、ケース内温度、流体温度、及び、設定された浸漬長Lに基づいて、温度分布モデル(温度分布モデル関数)を作成する(ステップS4)。
Next, the
図29は、温度分布モデルの例を示す図である。 FIG. 29 is a diagram illustrating an example of a temperature distribution model.
次に、作成した温度分布モデルに伝達関数を畳み込むことにより、演算結果を得る(ステップS5)。なお、かかる伝達関数は、図23乃至図25を用いて上述したようにして、予め求めておく。 Next, a calculation result is obtained by convolving a transfer function with the created temperature distribution model (step S5). Such a transfer function is obtained in advance as described above with reference to FIGS.
次に、温度分布モデルに伝達関数を畳み込むことにより得られた演算結果と、後方散乱光に基づいて求められた温度分布(測定温度分布)との相関関数(自己相関関数)を求める(ステップS6)。 Next, a correlation function (autocorrelation function) between the calculation result obtained by convolving the transfer function with the temperature distribution model and the temperature distribution (measured temperature distribution) obtained based on the backscattered light is obtained (step S6). ).
次に、求められた相関関数のピーク値が、過去最大か否かを判断する(ステップS7)。なお、ここで、過去最大とは、今回行う流速の測定処理において最大であることを意味し、以前行った流速の測定処理を含むものではない。 Next, it is determined whether or not the obtained peak value of the correlation function is a past maximum (step S7). Here, the past maximum means the maximum in the flow velocity measurement process performed this time, and does not include the previously performed flow velocity measurement process.
図30は、相関関数(自己相関関数)を示す図である。図30における横軸は光ファイバの長さ方向の位置を示しており、図30における縦軸は相関関数の大きさ、即ち、どの程度の一致を参照波形と見せているかを示している。 FIG. 30 is a diagram illustrating a correlation function (autocorrelation function). The horizontal axis in FIG. 30 indicates the position in the length direction of the optical fiber, and the vertical axis in FIG. 30 indicates the magnitude of the correlation function, that is, how much matching is shown as the reference waveform.
図30における実線は、作成された温度分布モデルが実際の温度分布と近似している場合を示している。一方、図30における破線は、作成された温度分布モデルが実際の温度分布とは大きく異なっている場合を示している。 The solid line in FIG. 30 shows a case where the created temperature distribution model approximates the actual temperature distribution. On the other hand, the broken line in FIG. 30 shows a case where the created temperature distribution model is significantly different from the actual temperature distribution.
図30に示すように、作成された温度分布モデルと実際の温度分布とが近似しているほど、相関関数のピーク値が大きくなる。 As shown in FIG. 30, the peak value of the correlation function increases as the created temperature distribution model approximates the actual temperature distribution.
換言すれば、相関関数のピーク値が高いほど、温度分布モデルと実際の温度分布とが近似している。 In other words, the higher the correlation function peak value, the closer the temperature distribution model and the actual temperature distribution.
求められた相関関数のピーク値が過去最大である場合には、当該ピーク値と、当該温度分布モデルにおける浸漬長Lとを、例えば、RAM20内に設けられた相関関数ピーク値メモリ(図28参照)に記憶する(ステップS8)。 When the peak value of the obtained correlation function is the maximum in the past, the peak value and the immersion length L in the temperature distribution model are stored in, for example, a correlation function peak value memory provided in the RAM 20 (see FIG. 28). (Step S8).
次に、ループ処理を行った回数が所定のループ回数以上か否かを判断する(ステップS9)。ループ処理を行った回数が所定のループ回数以下の場合には、浸漬長メモリ(図28参照)に記憶された浸漬長Lから所定の長さΔLを減算する(ステップS10)。 Next, it is determined whether or not the number of times the loop processing has been performed is equal to or greater than a predetermined number of loops (step S9). If the number of times the loop processing has been performed is equal to or less than the predetermined number of loops, a predetermined length ΔL is subtracted from the immersion length L stored in the immersion length memory (see FIG. 28) (step S10).
この後、所定のループ回数が完了するまで、ステップS4からステップS10までのループ処理が繰り返し行われる。即ち、浸漬長Lの値を変更した温度分布モデル(温度分布モデル関数)が順次作成されて、上記のような処理が順次行われる。 Thereafter, the loop processing from step S4 to step S10 is repeatedly performed until the predetermined number of loops is completed. That is, the temperature distribution model (temperature distribution model function) in which the value of the immersion length L is changed is sequentially created, and the above processing is sequentially performed.
相関関数ピーク値メモリ(図28参照)に記憶された浸漬長Lは、相関関数が過去最大となったときの温度分布モデルにおける浸漬長Lである。相関関数が過去最大となっときの温度分布モデルが実際の温度分布に最も近いものであるため、相関関数が過去最大となっときの温度分布モデルにおける浸漬長を実際の浸漬長と推認する(ステップS11)。 The immersion length L stored in the correlation function peak value memory (see FIG. 28) is the immersion length L in the temperature distribution model when the correlation function reaches the maximum in the past. Since the temperature distribution model when the correlation function is the maximum in the past is the closest to the actual temperature distribution, the immersion length in the temperature distribution model when the correlation function is the maximum in the past is estimated as the actual immersion length (step S11).
次に、以下のようにして、浸漬長に基づいて流速を求める(ステップS12)。 Next, the flow velocity is obtained based on the immersion length as follows (step S12).
即ち、まず、上記のようにして求められた浸漬長Lに基づいて、変位部76の変位を求める。
That is, first, the displacement of the
変位部76の位置が基準位置のときの光ファイバ14の浸漬長をL0とし、変位部76の変位をXとすると、変位部76の変位Xは、以下のような式(3)により表される。
When the immersion length of the
X = (L−L0)/2 ・・・(3)
次に、予め求められた変位部76の変位と流体の流速との関係(図21参照)と、上記のようにして得られた変位部76の変位とに基づいて、流体の流速を求める。なお、変位部76の変位と流体の流速との関係を示すテーブル等は、例えばRAM20内に設けられたテーブル(図示せず)に記憶されている。
X = (L−L 0 ) / 2 (3)
Next, the fluid flow velocity is obtained based on the relationship between the displacement of the
こうして、光ファイバ14の浸漬長に基づいて流体の流速を求めることができる。
Thus, the flow rate of the fluid can be obtained based on the immersion length of the
なお、変位部76の変位と流体の流速との関係を予め取得しておかなくても、以下のようにして、変位部76の変位に基づいて流体の流速を求めることが可能である。
Even if the relationship between the displacement of the
流体の流量をQ(m3/sec)とし、流量係数をAとし、流体流受け部材86の面積をSとし、流速をv1とすると、以下のような式(4)が成立する。
When the fluid flow rate is Q (m 3 / sec), the flow coefficient is A, the area of the
Q = A×S×v1
流体による流体流受け部材86への圧力をPとし、流体密度をσ(N/m2)とすると、以下のような式(5)が成立する。
Q = A × S × v 1
When the pressure applied to the
P = 0.5×σ×v1 2 ・・・(5)
流体の流れにより発生する力をF1(N)とすると、以下のような式(6)が成立する。
P = 0.5 × σ × v 1 2 (5)
When the force generated by the fluid flow is F 1 (N), the following equation (6) is established.
F1= P×S ・・・(6)
弾性体94a、94bが伸びたときに受けている力をF2(N)とし、弾性体94a、94bのばね定数をK(N/m)とし、変位部76の変位をδ(m)とし、弾性体94,94bの長さをLen(m)とすると、以下のような式(7)が成立する。
F 1 = P × S (6)
The force received when the
F2= 2×K×{δ2+Len 2}0.5−Len}×δ÷{δ2+Len 2}0.5 ・・・(7)
F1とF2とが釣り合うため、以下のような式(8)が成立する。
F 2 = 2 × K × {δ 2 + L en 2 } 0.5 −L en } × δ ÷ {δ 2 + L en 2 } 0.5 (7)
Since F 1 and F 2 are balanced, the following equation (8) is established.
F1= F2 ・・・(8)
式(6)と式(8)とにより、以下のような式(9)が成立する。
F 1 = F 2 (8)
The following formula (9) is established by formula (6) and formula (8).
P×S = F2 ・・・(9)
式(5)と式(9)とにより、以下のような式(10)が成立する。
P × S = F 2 (9)
The following formula (10) is established by formula (5) and formula (9).
0.5×σ×v1 2×S = F2 ・・・(10)
式(10)を変形すると、以下のような式(11)が得られる。
0.5 × σ × v 1 2 × S = F 2 (10)
When the equation (10) is transformed, the following equation (11) is obtained.
v1 = {F2÷(0.5×σ×S)}0.5 ・・・(11)
F2の値は、式(7)により求めることが可能であるため、v1を求めることが可能である。
v 1 = {F 2 ÷ (0.5 × σ × S)} 0.5 (11)
Since the value of F 2 can be obtained by Expression (7), v 1 can be obtained.
なお、流体流受け部材86の寸法が第1の具体例の場合、即ち、例えば450mm×400mm×0.3mm程度の場合には、上記のパラメータの値は、例えば以下のようになる。
When the dimension of the
例えば、流体流受け部材86の面積Sは、例えば0.18(m2)となる。また、流体密度σは、海水の場合には、例えば1.03(kg/m3)となる。また、弾性体94a、94bのばね定数Kは、例えば3.5(N/m)となる。また、弾性体94a、94bの長さLenは、例えば0.4(m)となる。また、流量係数Aは、例えば1となる。
For example, the area S of the fluid
流体流受け部材86の寸法が第2の具体例の場合、即ち、例えば1000mm×1000mm×0.3mm程度の場合には、上記のパラメータの値は、例えば以下のようになる。
When the dimension of the
例えば、流体流受け部材86の面積Sは、例えば1(m2)となる。
For example, the area S of the fluid
なお、流体密度σ、弾性体94a、94bのばね定数K、弾性体94a、94bの長さLen、流量係数Aは、具体例1の場合と同様である。
The fluid density σ, the spring constant K of the
このように、変位部76の変位に基づいて流体の流速を計算により求めることが可能である。
As described above, the flow velocity of the fluid can be obtained by calculation based on the displacement of the
このように本実施形態によれば、流体の流速に応じて変位する変位部76を経由して光ファイバ14が流体に浸漬されるため、流体の流速に応じて光ファイバ14の浸漬長を変化させることができる。また、本実施形態によれば、光ファイバ14に光を導入することにより測定される光ファイバ14の長手方向に沿った温度分布に基づいて、光ファイバ14の流体への浸漬長を求め、光ファイバ14の流体への浸漬長に基づいて、流体の流速を求めることができる。しかも、本実施形態によれば、比較的安価に測定装置を得ることが可能である。従って、本実施形態によれば、低コストで流速等を測定し得る測定装置を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、流体に浸漬された光ファイバ14の両側の部分がケース66内に位置しており、ケース66内の温度は流体の温度とは異なった温度となる。例えば、太陽光の照射により、ケース内66の温度は流体の温度に対して十分に高くなる。このため、本実施形態によれば、光ファイバ14の流体への浸漬長をより確実に求めることができ、ひいては、より確実に流体の流速を求めることができる。
Further, according to the present embodiment, the portions on both sides of the
また、本実施形態によれば、光ファイバ14をプローブとし、光ファイバ14に光を導入した際に生じる後方散乱光に基づいて、光ファイバ14の長手方向における温度分布を測定する。このため、本実施形態によれば、流体に浮かべられた測定部12に電力を供給することなく、流速等を測定することができる。
Further, according to the present embodiment, the temperature distribution in the longitudinal direction of the
また、本実施形態によれば、光ファイバ14の長手方向における温度分布に基づいて、流体の流速のみならず、流体の温度や、空気の温度等も求めることができる。
Further, according to the present embodiment, not only the fluid flow velocity but also the fluid temperature, the air temperature, and the like can be obtained based on the temperature distribution in the longitudinal direction of the
[第2実施形態]
第2実施形態による測定装置及び測定方法を図31乃至図33を用いて説明する。図1乃至図30に示す第1実施形態による測定装置及び測定方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Second Embodiment]
A measuring apparatus and a measuring method according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the measurement apparatus and the measurement method according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 30 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
本実施形態による測定装置及び測定方法は、光ファイバ14の浸漬長が変化する箇所とは異なる箇所において流体の温度を測定するものである。
The measuring apparatus and the measuring method according to the present embodiment measure the temperature of the fluid at a location different from the location where the immersion length of the
まず、本実施形態による測定装置について説明する。 First, the measuring apparatus according to the present embodiment will be described.
図31は、本実施形態による測定装置の測定部を示す斜視図である。 FIG. 31 is a perspective view showing a measuring unit of the measuring apparatus according to the present embodiment.
図31に示すように、本実施形態による測定装置の測定部では、ケース66から引き出され、巻き付け部材102に巻き付けられた光ファイバ14は、錘(図示せず)が付された巻き付け部材114に巻き付けられている。そして、光ファイバ14は、更に巻き付け部材102に巻き付けられ、ケース66内に導入されている。かかる巻き付け部材114は、光ファイバ14とともに流体に浸漬される。
As shown in FIG. 31, in the measurement unit of the measurement apparatus according to the present embodiment, the
光ファイバ14を巻き付け部材114に巻き付けて流体に浸漬するのは、巻き付け部材114に巻き付けられた部分の光ファイバ14により流体の温度を測定するためである。流体の温度を確実に測定すべく、巻き付け部材114に巻き付ける部分の光ファイバ14の長さは、レーザ光のパルス長Wに対して十分に長く設定される。
The reason why the
本実施形態では、巻き付け部材114が位置する箇所の温度が流体温度として用いられる(流体基準温度)。
In the present embodiment, the temperature at the location where the winding
本実施形態では、巻き付け部材106に巻き付けられて流体に浸漬される光ファイバ14の長さを、レーザ光のパルス長Wよりも短く設定する。即ち、変位部76を介して流体に浸漬される光ファイバ14の長さを、レーザ光のパルス長Wよりも短く設定する。本実施形態において、変位部76を介して流体に浸漬される光ファイバ14の長さをレーザ光のパルス長Wよりも短く設定するのは、後述するような測定方法により浸漬長を求めるためである。ここでは、光ファイバ14のうちの巻き付け部材106に巻き付けられる部分の長さを、例えば1m程度とする。
In the present embodiment, the length of the
次に、本実施形態による測定方法について説明する。 Next, the measurement method according to the present embodiment will be described.
図32は、本実施形態による測定方法を示すフローチャートである。 FIG. 32 is a flowchart showing the measurement method according to the present embodiment.
まず、第1実施形態による測定方法におけるステップS1と同様にして、光ファイバ14の長手方向に沿った温度分布(測定温度分布)を求める(ステップS21)。
First, similarly to Step S1 in the measurement method according to the first embodiment, a temperature distribution (measurement temperature distribution) along the longitudinal direction of the
図33は、光ファイバの長手方向に沿った温度分布の例を示す図である。図33における横軸は距離(位置)を示しており、図33における縦軸は温度を示している。図33における実線は、実際の温度分布の例を示しており、図33における破線は、測定温度分布の例を示している。また、図33における符号96,98,100,102,114,104,106,108は、各巻き付け部材を示している。
FIG. 33 is a diagram illustrating an example of a temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber. The horizontal axis in FIG. 33 indicates distance (position), and the vertical axis in FIG. 33 indicates temperature. A solid line in FIG. 33 shows an example of an actual temperature distribution, and a broken line in FIG. 33 shows an example of a measured temperature distribution. 33,
次に、CPU16は、測定温度分布に基づいて、ケース66の内側の空気の温度(ケース内温度)、ケース66の外側の空気の温度(空気温度)、及び、流体(海水)の温度(流体温度)を求める(ステップS22)。巻き付け部材100が位置する箇所の温度が、ケース内温度として用いられる(ケース内基準温度)。また、巻き付け部材102が位置する箇所の温度が、空気温度として用いられる(空気基準温度)。また、巻き付け部材114が位置する箇所の温度が流体温度として用いられる(流体基準温度)。
Next, the
次に、CPU16は、後述する温度分布モデル(温度分布モデル関数)における浸漬長Lの値を、最大浸漬長Lmaxに設定する(ステップS23)。最大浸漬長Lmaxとは、錘が付された巻き付け部材106を用いて浸漬された光ファイバ14が、最大限の長さで浸漬された場合の浸漬長である。設定された浸漬長Lの値は、RAM20内に設けられた浸漬長メモリ(図28参照)に記憶される。
Next, CPU16 sets the value of immersion length L in the temperature distribution model (temperature distribution model function) mentioned later to the maximum immersion length Lmax (step S23). The maximum immersion length Lmax is an immersion length when the
次に、CPU16は、ケース内温度、流体温度、及び、設定された浸漬長Lに基づいて、温度分布モデル(温度分布モデル関数)を作成する(ステップS24)。
Next, the
次に、作成した温度分布モデルに伝達関数を畳み込むことにより、演算結果を得る(ステップS25)。なお、かかる伝達関数は、図23乃至図25を用いて上述したようにして、予め求めておく。 Next, a calculation result is obtained by convolving a transfer function with the created temperature distribution model (step S25). Such a transfer function is obtained in advance as described above with reference to FIGS.
次に、演算結果における流体温度と測定温度分布における流体温度とが一致するか否かを判断する(ステップS26)。具体的には、演算結果における巻き付け部材106が位置する箇所の流体温度と、測定温度分布における巻き付け部材106が位置する箇所の流体温度とが同等か否かを判断する。演算結果における流体温度と測定温度分布における流体温度と近似している場合には、当該温度分布モデルは、実際の温度分布と近似していると判断し得る。演算結果における流体温度と測定温度分布における流体温度とが同等でない場合には、浸漬長メモリ(図28参照)に記憶された浸漬長Lから所定の長さΔLを減算し(ステップS27)、演算結果における流体温度と測定温度分布における流体温度とが同等となるまで、ステップS24からステップS27のループ処理が繰り返し行われる。即ち、浸漬長Lの値を変更した温度分布モデル(温度分布モデル関数)が順次作成されて、上記のような処理が順次行われる。
Next, it is determined whether or not the fluid temperature in the calculation result matches the fluid temperature in the measured temperature distribution (step S26). Specifically, it is determined whether or not the fluid temperature at the location where the winding
演算結果における流体温度と測定温度分布における流体温度とが同等となったときの温度分布モデルは、実際の温度分布と近似した温度分布モデルである。従って、当該温度分布モデルにおける浸漬長を、実際の浸漬長と推認する(ステップS28)。 The temperature distribution model when the fluid temperature in the calculation result is equal to the fluid temperature in the measured temperature distribution is a temperature distribution model approximated to the actual temperature distribution. Therefore, the immersion length in the temperature distribution model is estimated as the actual immersion length (step S28).
次に、第1実施形態による測定装置のステップS12と同様にして、浸漬長に基づいて流速を求める(ステップS29)。 Next, similarly to step S12 of the measuring apparatus according to the first embodiment, the flow velocity is obtained based on the immersion length (step S29).
このように、本実施形態においても、流体の流速等を確実に求めることができる。 Thus, also in the present embodiment, the fluid flow velocity and the like can be obtained reliably.
[第3実施形態]
第3実施形態による測定装置及び測定方法について図34を用いて説明する。図34は、本実施形態による測定装置を示すブロック図である。図1乃至図33に示す第1又は第2実施形態による測定装置及び測定方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Third Embodiment]
A measuring apparatus and a measuring method according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 34 is a block diagram showing the measuring apparatus according to the present embodiment. The same components as those of the measurement apparatus and the measurement method according to the first or second embodiment shown in FIGS. 1 to 33 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
本実施形態による測定装置は、複数の異なる方向に向かうように測定部をそれぞれ配し、複数の方向における流体の流速成分に基づいて、流体の流速を求めるものである。 The measuring apparatus according to the present embodiment is provided with measuring units arranged in a plurality of different directions, and obtains the fluid flow velocity based on the fluid flow velocity components in the plurality of directions.
図34に示すように、処理部10から第1の測定部12(1)に達するように光ファイバ14が敷設されており、更に、光ファイバ14が第2の測定部12(2)に達するように敷設されている。
As shown in FIG. 34, the
第1の測定部12(1)及び第2の測定部12(2)としては、上述した第1又は第2実施形態による測定装置の測定部12、12aのいずれかが用いられる。
As the
第1の測定部12(1)の前後方向は、第1の方向に設定されている。従って、第1の測定部12(1)の変位部76は、第1の方向における流体の流速成分に応じて、第1の方向に変位する。
The front-rear direction of the
第2の測定部12(2)の前後方向は、第2の方向に設定されている。従って、第2の測定部12(2)の変位部76は、第2の方向における流体の流速成分に応じて、第2の方向に変位する。
The front-rear direction of the
処理部10は、第1の測定部12(1)を用いて取得される浸漬長に基づいて第1の方向における流体の流速成分を求め、第2の測定部12(2)を用いて取得される浸漬長に基づいて第2の方向における流体の流速成分を求める。そして、第1の方向における流体の流速成分と第2の方向における流体の流速成分とに基づいて、流体の流速を求める。
The
このように、本実施形態によれば、複数の異なる方向に向かうように測定部12(1)、12(2)をそれぞれ配し、複数の方向における流体の流速成分に基づいて、流体の流速を求める。従って、本実施形態によれば、より正確に流体の流速を求めることができる。
Thus, according to the present embodiment, the
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
例えば、第1又は第2実施形態では、測定部12,12aを1台配置する場合を例に説明したが、測定部12,12aの台数は1台に限定されるものではない。測定部12,12aを複数配置し、各箇所における流体の流速を測定するようにしてもよい。
For example, in the first or second embodiment, the case where one measuring
また、第3実施形態では、一対の測定部12(1),12(2)を設ける場合を例に説明したが、複数対の測定部12(1),12(2)を設けるようにしてもよい。
In the third embodiment, the case where a pair of
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(付記1)
光源を有する処理部と、
流体に浮かべられる測定部と、
前記処理部から前記測定部に達するように配された光ファイバとを有し、
前記測定部は、前記流体の流速に応じて変位する変位部を有し、
前記光ファイバは、前記変位部の変位に応じて前記流体への浸漬長が変化するように、前記変位部を経由して前記流体に浸漬され、
前記処理部は、前記光源から前記光ファイバに光を導入することにより測定される前記光ファイバの長手方向に沿った温度分布に基づいて、前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長を求め、求められた前記浸漬長に基づいて、前記流体の流速を求める
ことを特徴とする測定装置。
(Appendix 1)
A processing unit having a light source;
A measuring part floating in the fluid;
An optical fiber arranged to reach the measurement unit from the processing unit,
The measurement unit has a displacement unit that is displaced according to the flow rate of the fluid,
The optical fiber is immersed in the fluid via the displacement portion so that the immersion length in the fluid changes according to the displacement of the displacement portion,
The processing unit obtains the immersion length of the optical fiber in the fluid based on a temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber measured by introducing light from the light source into the optical fiber. A measuring device characterized in that a flow velocity of the fluid is obtained based on the obtained immersion length.
(付記2)
付記1記載の測定装置において、
前記処理部は、前記光源から前記光ファイバに光を導入した際に前記光ファイバ内で後方散乱される光に基づいて、前記光ファイバの長手方向に沿った前記温度分布を測定する
ことを特徴とする測定装置。
(Appendix 2)
In the measuring apparatus according to
The processing unit measures the temperature distribution along a longitudinal direction of the optical fiber based on light backscattered in the optical fiber when light is introduced from the light source into the optical fiber. A measuring device.
(付記3)
付記1又は2記載の測定装置において、
前記処理部は、前記温度分布に基づいて、前記流体の温度をも求める
ことを特徴とする測定装置。
(Appendix 3)
In the measuring apparatus according to
The processing unit also obtains the temperature of the fluid based on the temperature distribution.
(付記4)
付記1乃至3のいずれかに記載の測定装置において、
前記測定部は、ケースを更に有し、
前記光ファイバのうちの前記流体に浸漬された前記部分の両側の部分が、前記ケース内に位置する
ことを特徴とする測定装置。
(Appendix 4)
In the measuring apparatus according to any one of
The measurement unit further includes a case,
The measuring apparatus, wherein both portions of the optical fiber immersed in the fluid are located in the case.
(付記5)
付記4記載の測定装置において、
前記ケースには、前記変位部が変位する方向に沿うようにスリットが形成されており、
前記光ファイバは、前記スリットを通るように配される
ことを特徴とする測定装置。
(Appendix 5)
In the measuring apparatus according to
The case has a slit formed along the direction in which the displacement portion is displaced,
The measuring apparatus, wherein the optical fiber is arranged to pass through the slit.
(付記6)
付記1乃至5のいずれかに記載の測定装置において、
前記処理部は、前記光ファイバの前記流体への浸漬長を異ならせた複数の温度分布モデル関数を生成し、所定の伝達関数を前記温度分布モデル関数に畳み込むことにより得られる演算結果と前記温度分布との相関に基づいて、前記光ファイバの前記流体への浸漬長を求める
ことを特徴とする測定装置。
(Appendix 6)
In the measuring apparatus according to any one of
The processing unit generates a plurality of temperature distribution model functions with different immersion lengths of the optical fiber in the fluid, and obtains a calculation result obtained by convolving a predetermined transfer function with the temperature distribution model function and the temperature A measurement apparatus characterized in that an immersion length of the optical fiber in the fluid is obtained based on a correlation with a distribution.
(付記7)
付記1乃至5のいずれかに記載の測定装置において、
前記処理部は、前記光ファイバの前記流体への浸漬長を異ならせた複数の温度分布モデル関数を生成し、所定の伝達関数を前記温度分布モデル関数に畳み込むことにより得られる演算結果における所定箇所の前記流体の温度と前記温度分布における前記所定箇所の前記流体の温度との一致に基づいて、前記光ファイバの前記流体への浸漬長を求める
ことを特徴とする測定装置。
(Appendix 7)
In the measuring apparatus according to any one of
The processing unit generates a plurality of temperature distribution model functions having different immersion lengths of the optical fiber in the fluid, and a predetermined location in a calculation result obtained by convolving a predetermined transfer function with the temperature distribution model function A measuring device, wherein the immersion length of the optical fiber in the fluid is obtained based on the coincidence of the temperature of the fluid and the temperature of the fluid at the predetermined location in the temperature distribution.
(付記8)
付記1乃至7のいずれかに記載の測定装置において、
前記測定部を複数有し、
前記複数の測定部のうちの第1の測定部の前記変位部が変位する方向である第1の方向と、前記複数の測定部のうちの第2の測定部の前記変位部が変位する方向である第2の方向とが、互いに直交しており、
前記処理部は、前記第1の測定部における前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長に基づいて、前記第1の方向における前記流体の流速成分を求め、前記第2の測定部における前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長に基づいて、前記第2の方向における前記流体の流速成分を求め、前記第1の方向における前記流体の流速成分と前記第2の方向における前記流体の流速成分とに基づいて前記流体の流速を求める
を有することを特徴とする測定装置。
(Appendix 8)
In the measuring apparatus according to any one of
A plurality of the measurement units;
A first direction in which the displacement part of the first measurement part among the plurality of measurement parts is displaced, and a direction in which the displacement part of the second measurement part among the plurality of measurement parts is displaced. And the second direction are orthogonal to each other,
The processing unit obtains a flow velocity component of the fluid in the first direction based on the immersion length of the optical fiber in the fluid in the first measurement unit, and the light in the second measurement unit. Based on the immersion length of the fiber into the fluid, the flow velocity component of the fluid in the second direction is obtained, and the flow velocity component of the fluid in the first direction and the flow velocity component of the fluid in the second direction. The flow rate of the fluid is obtained based on the following.
(付記9)
付記1乃至8のいずれかに記載の測定装置において、
前記測定部は、浮体が配された基体を更に有し、
前記変位部は、弾性体を介して前記基体に支持されている
ことを特徴とする測定装置。
(Appendix 9)
In the measuring apparatus according to any one of
The measurement unit further includes a base body on which a floating body is arranged,
The displacement unit is supported by the base via an elastic body.
(付記10)
光源を有する処理部と、流体の流速に応じて変位する変位部を有し、前記流体に浮かべられる測定部と、前記処理部から前記測定部に達するように配され、前記変位部の変位に応じて前記流体への浸漬長が変化するように、前記変位部を経由して前記流体に浸漬された光ファイバとを有する測定装置を用いた測定方法であって、
前記光源から光ファイバに光を導入することにより測定される前記光ファイバの長手方向に沿った温度分布に基づいて、前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長を求めるステップと、
求められた前記浸漬長に基づいて、前記流体の流速を求めるステップと
を有することを特徴とする測定方法。
(Appendix 10)
A processing unit having a light source; a displacement unit that is displaced according to a flow rate of the fluid; and a measurement unit that floats on the fluid, and is arranged to reach the measurement unit from the processing unit. A measuring method using a measuring device having an optical fiber immersed in the fluid via the displacement part, so that the immersion length in the fluid changes accordingly,
Determining the immersion length of the optical fiber in the fluid based on a temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber measured by introducing light from the light source into the optical fiber;
Determining the flow velocity of the fluid based on the determined immersion length.
(付記11)
付記10記載の測定方法において、
前記浸漬長を求めるステップでは、前記光源から前記光ファイバに光を導入した際に前記光ファイバ内で後方散乱される光に基づいて、前記光ファイバの長手方向に沿った前記温度分布を測定する
ことを特徴とする測定方法。
(Appendix 11)
In the measurement method according to
In the step of determining the immersion length, the temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber is measured based on light backscattered in the optical fiber when light is introduced from the light source into the optical fiber. A measuring method characterized by the above.
(付記12)
付記10又は11記載の測定方法において、
前記温度分布に基づいて、前記流体の温度を求めるステップを更に有する
ことを特徴とする測定方法。
(Appendix 12)
In the measurement method according to
The measurement method further comprising the step of obtaining the temperature of the fluid based on the temperature distribution.
(付記13)
付記10乃至12のいずれかに記載の測定方法において、
前記測定部は、ケースを更に有し、
前記光ファイバのうちの前記流体に浸漬された前記部分の両側の部分が、前記ケース内に位置する
ことを特徴とする測定方法。
(Appendix 13)
In the measurement method according to any one of
The measurement unit further includes a case,
A part of the optical fiber that is immersed in the fluid on both sides of the part is located in the case.
(付記14)
付記13記載の測定方法において、
前記ケースには、前記変位部が変位する方向に沿うようにスリットが形成されており、
前記光ファイバは、前記スリットを通るように配される
ことを特徴とする測定方法。
(Appendix 14)
In the measurement method according to attachment 13,
The case has a slit formed along the direction in which the displacement portion is displaced,
The measurement method, wherein the optical fiber is arranged so as to pass through the slit.
(付記15)
付記10乃至14のいずれかに記載の測定方法において、
前記光ファイバの前記流体への浸漬長を異ならせた複数の温度分布モデル関数を生成するステップを更に有し、
前記光ファイバの前記流体への浸漬長を求めるステップでは、所定の伝達関数を前記温度分布モデル関数に畳み込むことにより得られる演算結果と前記温度分布との相関に基づいて、前記光ファイバの前記流体への浸漬長を求める
ことを特徴とする測定方法。
(Appendix 15)
In the measurement method according to any one of
Generating a plurality of temperature distribution model functions with different immersion lengths of the optical fiber in the fluid;
In the step of obtaining the immersion length of the optical fiber in the fluid, the fluid of the optical fiber is based on a correlation between a calculation result obtained by convolving a predetermined transfer function with the temperature distribution model function and the temperature distribution. A measurement method characterized by obtaining a dipping length in water.
(付記16)
付記10乃至14のいずれかに記載の測定方法において、
前記光ファイバの前記流体への浸漬長を異ならせた複数の温度分布モデル関数を生成するステップを更に有し、
前記光ファイバの前記流体への浸漬長を求めるステップでは、所定の伝達関数を前記温度分布モデル関数に畳み込むことにより得られる演算結果における所定箇所の前記流体の温度と前記温度分布における前記所定箇所の前記流体の温度との一致に基づいて、前記光ファイバの前記流体への浸漬長を求める
ことを特徴とする測定方法。
(Appendix 16)
In the measurement method according to any one of
Generating a plurality of temperature distribution model functions with different immersion lengths of the optical fiber in the fluid;
In the step of determining the immersion length of the optical fiber in the fluid, the temperature of the fluid at a predetermined position in the calculation result obtained by convolving a predetermined transfer function with the temperature distribution model function and the predetermined position in the temperature distribution A measurement method, wherein the immersion length of the optical fiber in the fluid is obtained based on the coincidence with the temperature of the fluid.
(付記17)
付記10乃至14のいずれかに記載の測定方法において、
前記測定装置は、前記測定部を複数有し、
前記複数の測定部のうちの第1の測定部の前記変位部が変位する方向である第1の方向と、前記複数の測定部のうちの第2の測定部の前記変位部が変位する方向である第2の方向とが、互いに直交しており、
前記流体の流速を求めるステップでは、前記第1の測定部における前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長に基づいて、前記第1の方向における前記流体の流速成分を求め、前記第2の測定部における前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長に基づいて、前記第2の方向における前記流体の流速成分を求め、前記第1の方向における前記流体の流速成分と前記第2の方向における前記流体の流速成分とに基づいて前記流体の流速を求める
ことを特徴とする測定方法。
(Appendix 17)
In the measurement method according to any one of
The measurement apparatus has a plurality of the measurement units,
A first direction in which the displacement part of the first measurement part among the plurality of measurement parts is displaced, and a direction in which the displacement part of the second measurement part among the plurality of measurement parts is displaced. And the second direction are orthogonal to each other,
In the step of obtaining the flow velocity of the fluid, the flow velocity component of the fluid in the first direction is obtained based on the immersion length of the optical fiber in the fluid in the first measurement unit, and the second measurement is performed. The flow velocity component of the fluid in the second direction is determined based on the immersion length of the optical fiber in the fluid in the section, and the flow velocity component of the fluid in the first direction and the fluid velocity in the second direction A measurement method, wherein the flow velocity of the fluid is obtained based on a flow velocity component of the fluid.
2…陸
4…流体
10…処理部
12、12a、12(1)、12(2)…測定部
14…光ファイバ
16…CPU
18…ROM
20…RAM
22…HDD
24…入力部
26…表示部
28…インターフェース
30…レーザ光源
32a,32b…レンズ
34…ビームスプリッタ
36…波長分離部
38…光検出器
40…ネットワーク
42…コア
44…クラッド
46…ビームスプリッタ
48a〜48c…光学フィルタ
50a〜50c…集光レンズ
52a〜52c…受光部
54…基体
56a〜56d…浮体
58a〜58d…フレーム部材
60…鎖
62a〜62d…柱状部材
64a,64b…フレーム部材
66…ケース
68a、68b…スリット
70a、70b…部材
72a、72b…ガイド部
74a、74b…溝
76…浮体、変位部
78…円柱状の部分
80a、80b…板状の部分
82a、82b…凹部
84…流体流受け部
86…流体流受け部材
88…支持部材
89…孔
90…帯状の部材
92…錘
94a、94b…弾性体
96…巻き付け部材
98…巻き付け部材
100…巻き付け部材
102…巻き付け部材
104…巻き付け部材
106…巻き付け部材
108…巻き付け部材
110…容器
112…水
114…巻き付け部材
2 ...
18 ... ROM
20 ... RAM
22 ... HDD
24 ...
Claims (5)
流体に浮かべられる測定部と、
前記処理部から前記測定部に達するように配された光ファイバとを有し、
前記測定部は、前記流体の流速に応じて変位する変位部を有し、
前記光ファイバは、前記変位部の変位に応じて前記流体への浸漬長が変化するように、前記変位部を経由して前記流体に浸漬され、
前記処理部は、前記光源から前記光ファイバに光を導入することにより測定される前記光ファイバの長手方向に沿った温度分布に基づいて、前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長を求め、求められた前記浸漬長に基づいて、前記流体の流速を求める
ことを特徴とする測定装置。 A processing unit having a light source;
A measuring part floating in the fluid;
An optical fiber arranged to reach the measurement unit from the processing unit,
The measurement unit has a displacement unit that is displaced according to the flow rate of the fluid,
The optical fiber is immersed in the fluid via the displacement portion so that the immersion length in the fluid changes according to the displacement of the displacement portion,
The processing unit obtains the immersion length of the optical fiber in the fluid based on a temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber measured by introducing light from the light source into the optical fiber. A measuring device characterized in that a flow velocity of the fluid is obtained based on the obtained immersion length.
前記測定部は、ケースを更に有し、
前記光ファイバのうちの前記流体に浸漬された前記部分の両側の部分が、前記ケース内に位置する
ことを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 1,
The measurement unit further includes a case,
The measuring apparatus, wherein both portions of the optical fiber immersed in the fluid are located in the case.
前記処理部は、前記光ファイバの前記流体への浸漬長を異ならせた複数の温度分布モデル関数を生成し、所定の伝達関数を前記温度分布モデル関数に畳み込むことにより得られる演算結果と前記温度分布との相関に基づいて、前記光ファイバの前記流体への浸漬長を求める
ことを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The processing unit generates a plurality of temperature distribution model functions with different immersion lengths of the optical fiber in the fluid, and obtains a calculation result obtained by convolving a predetermined transfer function with the temperature distribution model function and the temperature A measurement apparatus characterized in that an immersion length of the optical fiber in the fluid is obtained based on a correlation with a distribution.
前記測定部を複数有し、
前記複数の測定部のうちの第1の測定部の前記変位部が変位する方向である第1の方向と、前記複数の測定部のうちの第2の測定部の前記変位部が変位する方向である第2の方向とが、互いに直交しており、
前記処理部は、前記第1の測定部における前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長に基づいて、前記第1の方向における前記流体の流速成分を求め、前記第2の測定部における前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長に基づいて、前記第2の方向における前記流体の流速成分を求め、前記第1の方向における前記流体の流速成分と前記第2の方向における前記流体の流速成分とに基づいて前記流体の流速を求める
を有することを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of the measurement units;
A first direction in which the displacement part of the first measurement part among the plurality of measurement parts is displaced, and a direction in which the displacement part of the second measurement part among the plurality of measurement parts is displaced. And the second direction are orthogonal to each other,
The processing unit obtains a flow velocity component of the fluid in the first direction based on the immersion length of the optical fiber in the fluid in the first measurement unit, and the light in the second measurement unit. Based on the immersion length of the fiber into the fluid, the flow velocity component of the fluid in the second direction is obtained, and the flow velocity component of the fluid in the first direction and the flow velocity component of the fluid in the second direction. The flow rate of the fluid is obtained based on the following.
前記光源から光ファイバに光を導入することにより測定される前記光ファイバの長手方向に沿った温度分布に基づいて、前記光ファイバの前記流体への前記浸漬長を求めるステップと、
求められた前記浸漬長に基づいて、前記流体の流速を求めるステップと
を有することを特徴とする測定方法。 A processing unit having a light source; a displacement unit that is displaced according to a flow rate of the fluid; and a measurement unit that floats on the fluid, and is arranged to reach the measurement unit from the processing unit. A measuring method using a measuring device having an optical fiber immersed in the fluid via the displacement part, so that the immersion length in the fluid changes accordingly,
Determining the immersion length of the optical fiber in the fluid based on a temperature distribution along the longitudinal direction of the optical fiber measured by introducing light from the light source into the optical fiber;
Determining the flow velocity of the fluid based on the determined immersion length.
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- 2011-12-21 JP JP2011280491A patent/JP5919806B2/en active Active
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