JP2014232063A

JP2014232063A - Flow measurement apparatus

Info

Publication number: JP2014232063A
Application number: JP2013113736A
Authority: JP
Inventors: 義弘外野; Yoshihiro Sotono
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: JP6065751B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow measurement apparatus with excellent sealing performance.SOLUTION: A flow measurement apparatus includes: a plurality of first seal members 150, 150 arranged between an outer peripheral surface of a probe spindle 120 and a peripheral surface of a first through-hole 111 of an inner sleeve 110; a second seal member 160 arranged between a peripheral surface of a second through-hole 122 of the probe spindle and an outer peripheral surface of an optical fiber 130; and third seal members 170, 170 arranged between an inner peripheral surface of the outer sleeve 140 and an outer peripheral surface of the probe spindle 120.

Description

本発明は、光ファイバレーザードップラー流速計を用いた流量計測装置に関するものである。 The present invention relates to a flow rate measuring device using an optical fiber laser Doppler velocimeter.

流体の散乱光によるドップラー効果を利用して当該散乱光の周波数変位を測定することで、流体の流速を測定するレーザードップラー流速計が知られている（特許文献１）。この特許文献１に開示されたレーザードップラー流速計は、同文献１の第２図に示されるとおり、プローブ９の先端にシールリング１０を介してＬ型レンズアッセンブリ８を相対回転可能に支持し、プローブ外周にその外径より僅かに大きい径の円筒管９を嵌め、当該円筒管の一端をＬ型レンズアッセンブリに固着したものであり、そしてこれを流体収納容器１の取付け孔１´に、シールリング５を介して締め付けボルト４により装着したものである。 A laser Doppler velocimeter that measures the flow velocity of fluid by measuring the frequency displacement of the scattered light using the Doppler effect caused by the scattered light of the fluid is known (Patent Document 1). The laser Doppler velocimeter disclosed in Patent Document 1 supports an L-shaped lens assembly 8 at the tip of a probe 9 via a seal ring 10 so as to be relatively rotatable, as shown in FIG. A cylindrical tube 9 having a diameter slightly larger than the outer diameter thereof is fitted to the outer periphery of the probe, and one end of the cylindrical tube is fixed to the L-shaped lens assembly, and this is sealed in the mounting hole 1 ′ of the fluid container 1. It is attached with a fastening bolt 4 through a ring 5.

実開昭６３−８４５６６号公報Japanese Utility Model Publication No. 63-84566

しかしながら、上記従来の構造の流速計を内燃機関の潤滑オイルの流速測定に利用した場合に、高圧・高温の条件下で潤滑オイルの粘度が低下すると、締め付けボルト４と円筒管９と間に配置しているシールリング５からオイル漏れが生じるおそれがある。 However, when the flowmeter having the above-described conventional structure is used for measuring the flow velocity of lubricating oil in an internal combustion engine, if the viscosity of the lubricating oil decreases under high pressure and high temperature conditions, it is disposed between the fastening bolt 4 and the cylindrical tube 9. There is a risk that oil leakage may occur from the seal ring 5 that is being used.

本発明が解決しようとする課題は、シール性に優れた流量計測装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a flow rate measuring device excellent in sealing performance.

本発明は、インナスリーブに対して進退移動するプローブスピンドルの外周面とインナスリーブの第１通孔の周面との間に複数の第１シール部材を設け、光ファイバが挿通されるプローブスピンドルの第２通孔の周面と光ファイバの外周面との間に第２シール部材を設け、プローブスピンドルに対して回転移動するアウタスリーブの内周面とプローブスピンドルの外周面との間に第３シール部材を設けることによって上記課題を解決する。 According to the present invention, a plurality of first seal members are provided between an outer peripheral surface of a probe spindle that moves forward and backward with respect to an inner sleeve and a peripheral surface of a first through hole of the inner sleeve, and the probe spindle into which an optical fiber is inserted is provided. A second seal member is provided between the peripheral surface of the second through hole and the outer peripheral surface of the optical fiber, and a third seal member is provided between the inner peripheral surface of the outer sleeve that rotates and moves with respect to the probe spindle and the outer peripheral surface of the probe spindle. The above-mentioned problem is solved by providing a seal member.

本発明によれば、インナスリーブに対して進退移動するプローブスピンドルの外周面とインナスリーブの第１通孔の周面との間、光ファイバが挿通されるプローブスピンドルの第２通孔の周面と光ファイバの外周面との間、およびプローブスピンドルに対して回転移動するアウタスリーブの内周面とプローブスピンドルの外周面との間のシール性が確保されるので、シール性に優れた流量計測装置となる。 According to the present invention, the peripheral surface of the second through hole of the probe spindle through which the optical fiber is inserted between the outer peripheral surface of the probe spindle that moves forward and backward with respect to the inner sleeve and the peripheral surface of the first through hole of the inner sleeve. Seals between the outer peripheral surface of the optical fiber and the outer peripheral surface of the optical fiber, and between the inner peripheral surface of the outer sleeve that rotates and moves with respect to the probe spindle and the outer peripheral surface of the probe spindle. It becomes a device.

本発明の一実施の形態に係る流量計測装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the flow volume measuring apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 図１の流速計を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the anemometer of FIG. 図１の信号処理部で実行されるシフトピーク周波数の同定処理を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the identification process of the shift peak frequency performed with the signal processing part of FIG. 図１の信号処理部で実行される同定処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the identification process procedure performed with the signal processing part of FIG. 図４のステップＳ３のサブルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the subroutine of step S3 of FIG. １光束の光ファイバレーザードップラー流速計において求められるパワースペクトル密度の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the power spectral density calculated | required in the optical fiber laser Doppler velocimeter of 1 light flux.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る流量計測装置１を示すブロック図であり、本例の流量計測装置１は、光ファイバレーザードップラー流速計１０と、光ファイバ２０と、レーザー発振器・光電気信号変換器３０と、増幅器４０と、Ａ／Ｄ変換器５０と、信号処理部６０とを備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a flow rate measuring device 1 according to an embodiment of the present invention. The flow rate measuring device 1 of this example includes an optical fiber laser Doppler velocimeter 10, an optical fiber 20, a laser oscillator and light. The electrical signal converter 30, the amplifier 40, the A / D converter 50, and the signal processing unit 60 are provided.

図２は、図１の光ファイバレーザードップラー流速計１０（以下、単に流速計１０ともいう）を示す縦断面図である。本例の流速計１０は、内燃機関のオイル通路を循環するエンジンオイルの流速を計測して、オイルポンプの駆動条件の最適化にフィードバックするものであり、自動車の開発時に試作車等に装着してエンジンオイルの流量を計測したりするのに用いることができる。 FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the optical fiber laser Doppler velocimeter 10 (hereinafter also simply referred to as the velocimeter 10) of FIG. The velocity meter 10 of this example measures the flow rate of engine oil circulating in the oil passage of the internal combustion engine, and feeds it back to the optimization of the driving conditions of the oil pump. It can be used to measure the flow rate of engine oil.

本例の流速計１０は、インナスリーブ１１０、プローブスピンドル１２０、光ファイバ１３０、アウタスリーブ１４０を備え、オイル配管２の通孔２１に水密に装着されたネジ継手２２に、インナスリーブ１１０が水密に取り付けられている。通孔２１とネジ継手２２との間、及びネジ継手２２とインナスリーブ１１０の下端との間のシール構造は、シールテープなど従来公知の手段を用いることができる。 The velocimeter 10 of the present example includes an inner sleeve 110, a probe spindle 120, an optical fiber 130, and an outer sleeve 140, and the inner sleeve 110 is watertightly attached to a screw joint 22 that is watertightly attached to the through hole 21 of the oil pipe 2. It is attached. For the seal structure between the through hole 21 and the threaded joint 22 and between the threaded joint 22 and the lower end of the inner sleeve 110, a conventionally known means such as a seal tape can be used.

本例のインナスリーブ１１０は、軸方向に延在して形成された第１通孔１１１と、外周面に形成された第１ネジ１１２と、第１通孔１１１の周面に設けられた第１係合部１１３とを有し、外周部に把持部を構成するシンブル１１４が係合ピン１１５により固定されている。流速計１０をネジ継手２２に締め込んだり緩めたりする場合は、シンブル１１４を掴みここを回転させる。 The inner sleeve 110 of the present example includes a first through hole 111 formed to extend in the axial direction, a first screw 112 formed on the outer peripheral surface, and a first through hole provided on the peripheral surface of the first through hole 111. A thimble 114 having one engaging portion 113 and constituting a gripping portion is fixed to the outer peripheral portion by an engaging pin 115. When the anemometer 10 is tightened or loosened in the screw joint 22, the thimble 114 is grasped and rotated here.

また、インナスリーブ１１０の上端部には、ボルトやピンを当該上端部に挿通させることにより構成された第１係合部１１３が第１通孔１１１の周面から突出する。この第１係合部１１３が、後述するプローブスピンドル１２０の第２係合部１２１である軸方向に延在する溝に係合することで、アウタスリーブ１４０を廻してもプローブスピンドル１２０は連れ廻らず、軸方向にのみ進退移動することになる。 Further, a first engagement portion 113 configured by inserting a bolt or a pin through the upper end portion protrudes from the peripheral surface of the first through hole 111 at the upper end portion of the inner sleeve 110. The first engagement portion 113 is engaged with a groove extending in the axial direction, which is a second engagement portion 121 of the probe spindle 120 described later, so that the probe spindle 120 is rotated even when the outer sleeve 140 is rotated. Instead, it moves forward and backward in the axial direction only.

また、インナスリーブ１１０の上部の外周面には第１ネジ１１２が形成され、後述するアウタスリーブ１４０の第２ネジ１４１と螺合する。そして、アウタスリーブ１４０を廻すと、第１ネジ１１２と第２ネジ１４１とが螺合しながら、オイル配管２に固定されたインナスリーブ１１０に対してアウタスリーブ１４０が相対的に軸方向に移動する。このときプローブスピンドル１２０は、第１係合部１１３と第２係合部１２１との係合によって回転方向には規制されているので連れ廻りしないが、軸方向には第２係合部１２１の溝の長さＬ（以下、プローブスピンドル１２０のストロークＬともいう）だけ移動が許容されている。したがって、アウタスリーブ１４０を廻すことでプローブスピンドル１２０が軸方向に進退移動し、これによりプローブスピンドル１２０に支持された光ファイバ１３０の先端部がオイル配管２の断面方向の所望位置に移動させることができる。 Further, a first screw 112 is formed on the outer peripheral surface of the upper portion of the inner sleeve 110 and is screwed with a second screw 141 of an outer sleeve 140 described later. When the outer sleeve 140 is turned, the outer sleeve 140 moves in the axial direction relative to the inner sleeve 110 fixed to the oil pipe 2 while the first screw 112 and the second screw 141 are screwed together. . At this time, the probe spindle 120 is not rotated because it is restricted in the rotational direction by the engagement between the first engagement portion 113 and the second engagement portion 121, but is not rotated in the axial direction. Movement is allowed by the length L of the groove (hereinafter also referred to as the stroke L of the probe spindle 120). Accordingly, by rotating the outer sleeve 140, the probe spindle 120 moves forward and backward in the axial direction, whereby the tip of the optical fiber 130 supported by the probe spindle 120 can be moved to a desired position in the cross-sectional direction of the oil pipe 2. it can.

本例のプローブスピンドル１２０は、インナスリーブ１１０の第１通孔１１１に軸方向に対して移動可能に挿通されている。また本例のプローブスピンドル１２０は、その外周面に軸方向に延在して形成された溝からなり、インナスリーブ１１０の第１係合部１１３に係合する第２係合部１２１と、軸方向に延在して形成された第２通孔１２２と、を有する。 The probe spindle 120 of this example is inserted into the first through hole 111 of the inner sleeve 110 so as to be movable in the axial direction. In addition, the probe spindle 120 of this example is formed of a groove formed on the outer peripheral surface so as to extend in the axial direction, and includes a second engagement portion 121 that engages with the first engagement portion 113 of the inner sleeve 110, and a shaft. And a second through-hole 122 formed extending in the direction.

プローブスピンドル１２０の第２通孔１２２は、下部において光ファイバ１３０より僅かに大きな内径とされ、上部において拡径されている。この上部の拡径された部分には、プローブスピンドル１２０の第２通孔１２２の周面と、光ファイバ１３０のプローブ（鞘部材）１３１の外周面との間を水密にするための第２シール部材たるシール充填材１６０が充填されている。シール充填材１６０は、たとえば耐熱耐薬品性ゴムなどを用いることができる。そして、このシール充填材１６０の上から固定具１２３を挿入し、プローブスピンドル１２０の上端にキャップ１２４を締め込んで固定具１２３を押し付けることで、シール充填材１６０による第２通孔１２２の周面と光ファイバ１３０のプローブ（鞘部材）１３１の外周面との間の水密性を確保することができる。 The second through hole 122 of the probe spindle 120 has an inner diameter slightly larger than that of the optical fiber 130 at the lower portion and is expanded at the upper portion. The upper diameter-enlarged portion includes a second seal for watertight between the peripheral surface of the second through hole 122 of the probe spindle 120 and the outer peripheral surface of the probe (sheath member) 131 of the optical fiber 130. A seal filler 160 as a member is filled. As the seal filler 160, for example, heat-resistant and chemical-resistant rubber can be used. Then, the fixing tool 123 is inserted from above the seal filler 160, the cap 124 is tightened to the upper end of the probe spindle 120, and the fixing tool 123 is pressed, whereby the peripheral surface of the second through-hole 122 by the seal filler 160. And water tightness between the probe (sheath member) 131 of the optical fiber 130 can be ensured.

一方、プローブスピンドル１２０の下端部の外周面には、２つのＯリング１５０，１５０が軸方向に並んで設けられている。これら２つのＯリング１５０，１５０が、プローブスピンドル１２０の外周面とインナスリーブ１１０の第１通孔１１１の周面との間の第１シール部材を構成する。なお本例では、第１シール部材として２つのＯリング１５０，１５０を設けたが、３つ以上であってもよい。 On the other hand, two O-rings 150 and 150 are provided in the axial direction on the outer peripheral surface of the lower end portion of the probe spindle 120. These two O-rings 150 and 150 constitute a first seal member between the outer peripheral surface of the probe spindle 120 and the peripheral surface of the first through hole 111 of the inner sleeve 110. In this example, the two O-rings 150 and 150 are provided as the first seal member, but may be three or more.

本例の光ファイバ１３０は、プローブスピンドル１２０の第２通孔１２２に挿通され、その先端がオイル配管２の内部に臨み、後述するレーザー発振器・光電気信号変換器３０から発射された１光束のレーザー参照光を先端に導くとともに、エンジンオイルに含まれる散乱粒子によって散乱したドップラーシフト光とレーザー参照光との干渉光をレーザー発振器・光電気信号変換器３０に導くものである。このため、光ファイバ１３０の先端はエンジンオイルの流れの上流に向かってレーザー参照光が照射されるように、内部に反射ミラーを含むＬ型とされている。 The optical fiber 130 of this example is inserted into the second through hole 122 of the probe spindle 120, the tip of the optical fiber 130 faces the inside of the oil pipe 2, and one light beam emitted from a laser oscillator / photoelectric signal converter 30 described later. The laser reference light is guided to the tip, and interference light between the Doppler shift light scattered by the scattering particles contained in the engine oil and the laser reference light is guided to the laser oscillator / photoelectric signal converter 30. For this reason, the tip of the optical fiber 130 is L-shaped so that the laser reference light is irradiated toward the upstream of the flow of engine oil so as to include a reflection mirror inside.

なお、オイル配管２を流れる潤滑オイルの流速分布を求めるために、上述したとおりプローブスピンドル１２０が軸方向に進退移動可能とされ、これによりプローブスピンドル１２０に支持された光ファイバ１３０の先端が、管壁から管中心の間の所望位置に移動することができる。なお、プローブスピンドル１２０を挿通する光ファイバ１３０の外周部分にプローブ１３１が装着されている。 In order to obtain the flow velocity distribution of the lubricating oil flowing through the oil pipe 2, the probe spindle 120 can be moved back and forth in the axial direction as described above, whereby the tip of the optical fiber 130 supported by the probe spindle 120 is connected to the pipe. It can be moved to a desired position between the wall and the tube center. A probe 131 is attached to the outer periphery of the optical fiber 130 that passes through the probe spindle 120.

本例のアウタスリーブ１４０は、プローブスピンドル１２０に回転可能に取り付けられ、その下部の内周面がインナスリーブ１１０の第１ネジ１１２を包囲し、当該内周面にインナスリーブ１１０の第１ネジ１１２に螺合する第２ネジ１４１が形成されている。また本例のアウタスリーブ１４０の上部には、軸中心方向へ突出する環状のフランジ部１４２が形成され、またこのフランジ部１４２との間でプローブスピンドル１２０の上部を支持するキャップ１４３がアウタスリーブ１４０の上端に締め付けられている。 The outer sleeve 140 of the present example is rotatably attached to the probe spindle 120, and an inner peripheral surface of a lower portion thereof surrounds the first screw 112 of the inner sleeve 110, and the first screw 112 of the inner sleeve 110 is surrounded by the inner peripheral surface. A second screw 141 is formed to be screwed with the second screw 141. In addition, an annular flange portion 142 protruding in the axial center direction is formed on the upper portion of the outer sleeve 140 of this example, and a cap 143 that supports the upper portion of the probe spindle 120 between the flange portion 142 and the outer sleeve 140. It is fastened to the top of the.

さらに本例のアウタスリーブ１４０は、上述したフランジ部１４２とプローブスピンドル１２０との間の回転摺動面と、キャップ１４３とプローブスピンドル１２０との間の回転摺動面のそれぞれにシールワッシャ１７０，１７０が設けられている。これら２つのシールワッシャ１７０，１７０が、アウタスリーブ１４０の内周面とプローブスピンドル１２０の外周面との間に設けられた第３シール部材を構成する。 Further, the outer sleeve 140 of this example has seal washers 170, 170 on the rotational sliding surface between the flange portion 142 and the probe spindle 120 and the rotational sliding surface between the cap 143 and the probe spindle 120, respectively. Is provided. These two seal washers 170, 170 constitute a third seal member provided between the inner peripheral surface of the outer sleeve 140 and the outer peripheral surface of the probe spindle 120.

なお、プローブスピンドル１２０の上端に締め付けられたキャップ１２４のさらに上端には、光ファイバ１３０のプローブ１３１を固定するためのスリーブ１３２が設けられ、このスリーブ１３２の外周に光ファイバ１３０とプローブ１３１との境界等を保護するためのブーツ１３３が設けられている。 A sleeve 132 for fixing the probe 131 of the optical fiber 130 is provided at the upper end of the cap 124 fastened to the upper end of the probe spindle 120, and the optical fiber 130 and the probe 131 are disposed on the outer periphery of the sleeve 132. A boot 133 is provided to protect the boundary and the like.

図１に戻り、本例のレーザー発振器・光電気信号変換器３０は、１光束のレーザー光を発振させて光ファイバ１３０を介してオイル配管２を流れるエンジンオイルの上流に向かって参照光として照射する機能と、エンジンオイルに含まれる散乱粒子の速度に応じて生じるドップラーシフト光と、参照光とがヘテロダイン干渉した光信号を受信して、この光信号を電気信号に変換する機能とを備える。変換された電気信号は、増幅器４０によって増幅されたのちＡ／Ｄ変換器４０によりディジタル信号に変換されて信号処理部６０に出力される。 Returning to FIG. 1, the laser oscillator / photoelectric signal converter 30 of this example oscillates one beam of laser light and irradiates it as reference light upstream of the engine oil flowing through the oil pipe 2 via the optical fiber 130. And a function of receiving an optical signal in which the Doppler shift light generated according to the velocity of the scattering particles contained in the engine oil and the reference light are heterodyne-interfered and converting the optical signal into an electric signal. The converted electrical signal is amplified by the amplifier 40, converted to a digital signal by the A / D converter 40, and output to the signal processing unit 60.

本例の信号処理部６０は、入力したヘテロダイン干渉光に基づくディジタル信号をフーリエ変換するスペクトルアナライザーとしての機能と、このフーリエ変換されたパワースペクトル密度データからドップラーシフト周波数のピーク周波数を検索する機能とを備える。そして、検索されたドップラーシフト周波数のピーク値からエンジンオイルの流速を下記式１に基づいて演算する機能をも備える。 The signal processing unit 60 of this example has a function as a spectrum analyzer that Fourier-transforms a digital signal based on the input heterodyne interference light, and a function that searches a peak frequency of the Doppler shift frequency from the Fourier-transformed power spectrum density data. Is provided. And the function which calculates the flow velocity of engine oil based on the following formula 1 from the peak value of the searched Doppler shift frequency is also provided.

エンジンオイルの流速ｕは、ドップラーシフト周波数をｆ_Ｄ、レーザー光波長をλ_０、流体屈折率をｎ_ｆ、流れで移動する散乱粒子とレーザー出射光のなす角度をθoutとしたときに、下記式１で求めることができる。
［数１］
ｕ＝ｆ_Ｄ・λ_０／｛２ｎ_ｆ｜cosθout｜｝
上記式１において、レーザー光波長λ_０、流体屈折率ｎ_ｆ、流れで移動する散乱粒子とレーザー出射光のなす角度θoutは既知であるから、ドップラーシフト周波数をｆ_Ｄが求めれば流速が演算により求めることができる。ただし、このドップラーシフト周波数ｆ_Ｄは、測定誤差の因子の中で支配的であるため、正確に読みとることが重要である。従来、このドップラーシフト周波数をフーリエ変換処理したパワースペクトル密度のグラフから求める場合に、解析する周波数帯のスペクトルデータ群の中から、単純に最大値を自動検索して抽出することや、観測者がスペクトルアナライザーのフーリエ変換処理グラフの画面において、カーソルを手動で動かして、ピークを同定する方法が一般的であった。 The flow rate u of the engine oil is expressed by the following equation when the Doppler shift frequency is f _D , the laser light wavelength is λ ₀ , the fluid refractive index is n _f , and the angle between the scattered particles moving in the flow and the laser emission light is θout 1 can be obtained.
[Equation 1]
u = f _D · λ ₀ / {2n _f | cos θout |}
In the above formula 1, since the laser light wavelength λ ₀ , the fluid refractive index n _f , and the angle θout formed by the scattered particles moving in the flow and the laser emission light are known, the flow rate can be calculated by calculating the Doppler shift frequency by f _D. Can be sought. However, the Doppler shift frequency f _D are the dominant among factors of the measurement error, it is important to read accurately. Conventionally, when this Doppler shift frequency is obtained from a graph of power spectral density obtained by Fourier transform processing, the maximum value can be simply automatically searched and extracted from the spectral data group of the frequency band to be analyzed, A method of identifying a peak by manually moving a cursor on a screen of a Fourier transform processing graph of a spectrum analyzer has been common.

１光束の光ファイバレーザードップラー流速計においては、図１，２に示すように、光ファイバ１３０からの出射光軸を流れに正対させ、オイル配管２内の流速を測定する場合、ドップラーシフト信号のフーリエ変換（以下ＦＦＴともいう）処理結果は、図６のようになる。すなわち、周波数が０の近傍に最大ピークが出現し、高い周波数に向かって大きく減衰し、さらに光軸中の主流速のドップラーシフト信号の第２のピークが出現する特徴を有する。これは、ファイバープローブの出射光軸壁面の淀み点に向かう流れが、光軸壁面近傍で減速する現象による低流速成分のドップラーシフト信号と、主流速の散乱粒子の信号度数が支配的であるため、主流速のドップラーシフト信号が第２のピークとして出現するからである。さらに流速が遅くなると、光軸中の主流速ピークレベルが相対的に低下したり、不安定な流れの場合にはいくつかのブロードなピークが出現したりするなど、光軸中の主流速のドップラーシフト周波数の同定が困難になる問題がある。 In a one-beam optical fiber laser Doppler velocimeter, as shown in FIGS. 1 and 2, when measuring the flow velocity in the oil pipe 2 with the outgoing optical axis from the optical fiber 130 facing the flow, a Doppler shift signal is used. The result of the Fourier transform (hereinafter also referred to as FFT) is as shown in FIG. That is, there is a feature that a maximum peak appears in the vicinity of a frequency of 0, it is greatly attenuated toward a higher frequency, and a second peak of the Doppler shift signal of the main flow velocity in the optical axis appears. This is because the flow toward the stagnation point on the outgoing optical axis wall surface of the fiber probe is dominated by the Doppler shift signal of the low flow velocity component due to the phenomenon of deceleration near the optical axis wall surface and the signal frequency of the scattering particles at the main flow velocity. This is because the Doppler shift signal of the main flow velocity appears as the second peak. Furthermore, when the flow velocity becomes slower, the main flow velocity peak level in the optical axis relatively decreases, and in the case of unstable flow, several broad peaks appear. There is a problem that it becomes difficult to identify the Doppler shift frequency.

したがって、スペクトルアナライザーなどで単純にピーク最大値を自動で読み取ると、０周波数付近のピークを読み取るといった問題がある。また、観測者が熟練者であれば、正しいドップラーシフト周波数を手動で正しく読み取ることは比較的容易であるが、非熟練者はそれが困難になるため、測定精度が著しく低下するといった問題もある。 Therefore, when the peak maximum value is simply automatically read by a spectrum analyzer or the like, there is a problem that a peak near zero frequency is read. In addition, if the observer is an expert, it is relatively easy to read the correct Doppler shift frequency manually, but it is difficult for the unskilled person, and there is a problem that the measurement accuracy is significantly reduced. .

本例の信号処理部６０では、ドップラーシフト周波数のピーク値を単純に自動読み取りするのではなく、また観測者が手動で読み取るのでもなく、以下の手順で求める。すなわち、本例の１光束の光ファイバレーザードップラー流速計において、光軸中の主流速のドップラーシフト周波数を精度良く自動で同定する手法を図３〜５に示す。 In the signal processing unit 60 of this example, the peak value of the Doppler shift frequency is not simply automatically read, and is not manually read by the observer, but is obtained by the following procedure. That is, FIGS. 3 to 5 show a method for automatically and accurately identifying the Doppler shift frequency of the main flow velocity in the optical axis in the one-beam optical fiber laser Doppler velocimeter of this example.

１光束のレーザー光の場合、ドップラーシフト信号は、出射光軸中に存在する散乱粒子から得られるドップラーシフト信号となる。出射光軸中の散乱粒子から得られる速度情報としては、光軸中の主流速の速度情報の他、光ファイバープローブ光軸壁面近傍の流れが減速された流速情報も含まれる。したがって、ＦＦＴ解析を行った場合、ファイバープローブ壁近傍の速度の低いドップラーシフト信号の他に、出射光軸中の主流速情報として高い周波数域のドップラーシフト周波数が表示され、これが出射光軸中の流れ場の最大周波数を示す。ＦＦＴ解析においてこのピーク以降のスペクトル周波数に出現する信号に、流れによるドップラーシフト信号は存在しないことが分かる。すなわち、これ以降の周波数は光ノイズ背景信号と見なすことができる。 In the case of a single beam of laser light, the Doppler shift signal is a Doppler shift signal obtained from scattering particles present in the outgoing optical axis. The velocity information obtained from the scattering particles in the outgoing optical axis includes velocity information on the flow velocity near the optical axis surface of the optical fiber probe in addition to velocity information on the main velocity in the optical axis. Therefore, when FFT analysis is performed, in addition to the low-speed Doppler shift signal in the vicinity of the fiber probe wall, the Doppler shift frequency in the high frequency region is displayed as the main flow velocity information in the output optical axis, which is displayed in the output optical axis. Indicates the maximum frequency of the flow field. In the FFT analysis, it can be seen that there is no Doppler shift signal due to flow in the signal appearing at the spectral frequency after this peak. That is, the subsequent frequency can be regarded as an optical noise background signal.

そこで、ＦＦＴ解析結果から、ドップラーシフト信号周波数ｆ_Ｄを同定するには、周波数帯域の高い方から、最大ピークを探索し、最初のピーク周波数を同定すれば所望の信号が得られることになる。すなわち、図３に示すように、ピーク探索の効率を上げるため、同図の「光学ノイズデータ区間削除」として示すように、高い周波数帯域にある光学ノイズデータを削除する（図５のステップＳ３１）。この区間設定は光学ノイズレベルが既知であるため、このレベルより高い信号閾値を設定した上でデータを削除すればよい。 Therefore, the FFT analysis results, to identify the Doppler shift signal frequency f _D is a higher frequency band, searches for the maximum peak, so that the desired signal if the identification of the first peak frequency. That is, as shown in FIG. 3, in order to increase peak search efficiency, optical noise data in a high frequency band is deleted as shown as “optical noise data section deletion” in FIG. 3 (step S31 in FIG. 5). . In this section setting, since the optical noise level is known, data may be deleted after setting a signal threshold higher than this level.

次に図３の「ピークサーチ開始」として示すように、０周波数に向かって最大値の探索を行い、最大値を随時更新する（図５のステップＳ３２）。このとき、ドップラーシフト周波数とパワースペクトル密度とを関連付け、パワースペクトル密度が最大値となったときのドップラーシフト周波数を求める。 Next, as shown as “start peak search” in FIG. 3, the maximum value is searched toward the zero frequency, and the maximum value is updated as needed (step S32 in FIG. 5). At this time, the Doppler shift frequency and the power spectral density are associated with each other, and the Doppler shift frequency when the power spectral density reaches the maximum value is obtained.

最後に、図３の「ピークサーチ終了点」として示すように、この周波数で探索を終了する（図５のステップＳ３３）。この終了周波数は、０周波数と最大値周波数の任意の位置で終了すればよいが、たとえば０周波数とピーク周波数の１／２の位置で相対的に決めることができる。 Finally, as shown as “peak search end point” in FIG. 3, the search ends at this frequency (step S33 in FIG. 5). The end frequency may be ended at an arbitrary position between the 0 frequency and the maximum frequency, but can be determined relatively at, for example, a position that is 1/2 of the 0 frequency and the peak frequency.

なお、こうしたＦＦＴ処理の結果から自動同定の処理を行うためには、図４のステップＳ１に示す信号フィルタリング処理や、ステップＳ２に示す平均化処理を前処理として行うと、ピーク同定が容易となる。 Note that in order to perform automatic identification processing from the result of such FFT processing, peak identification is facilitated by performing signal filtering processing shown in step S1 of FIG. 4 and averaging processing shown in step S2 as preprocessing. .

以上のとおり、本例の流量計測装置１によれば以下の効果を奏する。
（１）本例の流速計１０をエンジンオイルの流速測定に利用する場合には、光ファイバ１３０が高温、高圧、振動の厳しい環境に晒されるため、光ファイバ１３０を支持する流速計本体は堅牢でオイル漏れ防止に十分配慮する構造をとらなければならない。また、オイル配管２内の流速分布測定から体積流量を算出する場合には、光ファイバ１３０の先端の挿入量を可変させる構造が必要となるが、この構造についてもオイル漏れの防止と光ファイバの軸回転方向の出射光軸位置決め測定精度が重要となる。 As described above, according to the flow rate measuring apparatus 1 of the present example, the following effects can be obtained.
(1) When the current meter 10 of this example is used to measure the flow rate of engine oil, the optical fiber 130 is exposed to high temperature, high pressure, and severe vibration environment, so the current meter body supporting the optical fiber 130 is robust. Therefore, it is necessary to take a structure that gives sufficient consideration to prevent oil leakage. In addition, when calculating the volume flow rate from the flow velocity distribution measurement in the oil pipe 2, it is necessary to have a structure in which the amount of insertion at the tip of the optical fiber 130 is variable. This structure also prevents oil leakage and the optical fiber. The output optical axis positioning measurement accuracy in the axis rotation direction is important.

本例の流速計１０では、光ファイバ１３０（プローブ１３１）の外周面とプローブスピンドル１２０の第２通孔１２２の周面との間はシール充填材１６０からなる第２シール部材でシールし、プローブスピンドル１２０の外周面とインナスリーブ１１０の第１通孔１１１の周面との間は、２つのＯリング１５０，１５０からなる第１シール部材でシールし、さらにアウタスリーブ１４０の内周面とプローブスピンドル１２０の外周面との間は、２つのシールワッシャ１７０，１７０からなる第３シール部材でシールしているので、オイル漏れを堅実に防止することができる。 In the velocimeter 10 of this example, the space between the outer peripheral surface of the optical fiber 130 (probe 131) and the peripheral surface of the second through hole 122 of the probe spindle 120 is sealed with a second seal member made of a seal filler 160, A space between the outer peripheral surface of the spindle 120 and the peripheral surface of the first through hole 111 of the inner sleeve 110 is sealed with a first seal member including two O-rings 150 and 150, and the inner peripheral surface of the outer sleeve 140 and the probe are sealed. Since it seals with the outer peripheral surface of the spindle 120 with the 3rd seal member which consists of two seal washers 170 and 170, oil leakage can be prevented firmly.

また、光ファイバ１３０の先端を進退移動させる場合にアウタスリーブ１４０を左右いずれかに廻すが、インナスリーブ１１０の第１係合部１１３とプローブスピンドル１２０の第２係合部１２１とが係合しているので、光ファイバ１３０を支持するプローブスピンドル１２０はアウタスリーブ１４０の回転に対して連れ廻りしない。したがって、光ファイバ１３０の先端の方向を変えることなく進退移動させることができる。 Further, when the front end of the optical fiber 130 is moved forward and backward, the outer sleeve 140 is rotated to the left or right, but the first engagement portion 113 of the inner sleeve 110 and the second engagement portion 121 of the probe spindle 120 are engaged. Therefore, the probe spindle 120 that supports the optical fiber 130 does not rotate with the rotation of the outer sleeve 140. Therefore, the optical fiber 130 can be moved back and forth without changing the direction of the tip.

（２）本例の流量計測装置１によれば、信号処理部６０においてピーク探索を高い周波数から低い周波数に向かって探索するので効率的にドップラーシフト周波数のピーク値を求めることができる。また、光学ノイズデータ区間のスペクトルデータを予め削除し、更に探索終了点を設定するので、探索処理時間の大幅な効率化を図ることができる。 (2) According to the flow rate measuring apparatus 1 of the present example, the peak search is performed from the high frequency toward the low frequency in the signal processing unit 60, so that the peak value of the Doppler shift frequency can be obtained efficiently. Further, since the spectral data in the optical noise data section is deleted in advance and the search end point is set, the search processing time can be greatly improved.

上記Ｏリング１５０は本発明に係る第１シール部材に相当し、上記シール充填材１６０は本発明に係る第２シール部材に相当し、上記シールワッシャ１７０は本発明に係る第３シール部材に相当する。 The O-ring 150 corresponds to a first seal member according to the present invention, the seal filler 160 corresponds to a second seal member according to the present invention, and the seal washer 170 corresponds to a third seal member according to the present invention. To do.

１…流量計測装置
１０…光ファイバレーザードップラー流速計
１１０…インナスリーブ
１１１…第１通孔
１１２…第１ネジ
１１３…第１係合部
１１４…シンブル
１２０…プローブスピンドル
１２１…第２係合部
１２２…第２通孔
１２３…固定具
１２４…キャップ
１３０…光ファイバ
１３１…プローブ
１３２…スリーブ
１３３…ブーツ
１４０…アウタスリーブ
１４１…第２ネジ
１４２…フランジ部
１４３…キャップ
１５０…Ｏリング
１６０…シール充填材
１７０…シールワッシャ
２０…光ファイバ
３０…レーザー発振器・光電気信号変換器
４０…増幅器
５０…Ａ／Ｄ変換器
６０…信号処理部
２…オイル配管
２１…通孔
２２…ネジ継手
Ｌ…プローブスピンドルのストローク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow measuring device 10 ... Optical fiber laser Doppler velocimeter 110 ... Inner sleeve 111 ... 1st through-hole 112 ... 1st screw 113 ... 1st engaging part 114 ... Thimble 120 ... Probe spindle 121 ... 2nd engaging part 122 ... second through hole 123 ... fixing tool 124 ... cap 130 ... optical fiber 131 ... probe 132 ... sleeve 133 ... boot 140 ... outer sleeve 141 ... second screw 142 ... flange 143 ... cap 150 ... O-ring 160 ... seal filler 170 ... seal washer 20 ... optical fiber 30 ... laser oscillator / photoelectric signal converter 40 ... amplifier 50 ... A / D converter 60 ... signal processing unit 2 ... oil pipe 21 ... through hole 22 ... screw joint L ... of probe spindle stroke

Claims

A first through hole that is directly or indirectly attached to a container through which a fluid to be measured flows and extends in the axial direction, a first screw formed on an outer peripheral surface, and a circumference of the first through hole. An inner sleeve having a first engagement portion provided on the surface;
A second hole that is movably inserted in the first through hole of the inner sleeve and extends in the axial direction on the outer peripheral surface thereof, and is engaged with a first engagement portion of the inner sleeve. A probe spindle having an engaging portion and a second through hole formed extending in the axial direction;
An optical fiber that is inserted into the second through hole of the probe spindle and that guides the laser beam with its tip facing the container;
An outer sleeve that is rotatably attached to the probe spindle, and has an inner peripheral surface that surrounds the first screw of the inner sleeve, and a second screw that is threadedly engaged with the first screw of the inner sleeve on the inner peripheral surface; ,
A plurality of first seal members provided between an outer peripheral surface of the probe spindle and a peripheral surface of the first through hole of the inner sleeve;
A second seal member provided between the peripheral surface of the second through hole of the probe spindle and the outer peripheral surface of the optical fiber;
A flow rate measuring device including an optical fiber laser Doppler velocimeter provided with a third seal member provided between an inner peripheral surface of the outer sleeve and an outer peripheral surface of the probe spindle.

The flow rate measuring device according to claim 1, wherein the first seal member is an O-ring, the second seal member is a seal filler, and the third seal member is a seal washer.

A laser oscillator that irradiates the scattering particles of the fluid as a single beam of laser light as reference light;
A photoelectric signal converter that receives an optical signal in which the Doppler shift light generated according to the velocity of the scattering particles interferes with the reference light and converts the received optical signal into an electrical signal;
The flow measurement device according to claim 1, further comprising: a signal processing unit that performs Fourier transform on the electrical signal to calculate a power spectral density with respect to a laser Doppler shift frequency.

The signal processing unit, for the data of power spectral density for the obtained laser Doppler shift frequency,
Delete or exclude from the search object as optical noise data for a predetermined frequency or more of the laser Doppler shift frequency,
A peak search is performed on the remaining power spectral density data from the highest frequency to the lowest frequency,
The flow measurement device according to claim 3, wherein the peak search is terminated at a predetermined frequency between a frequency at which the peak search is started and a frequency of zero.

The flow rate measuring apparatus according to claim 4, wherein the predetermined frequency is an intermediate frequency between a frequency at which the peak search is started and a frequency of zero.