JP2500629B2 - 気流計測方法および装置 - Google Patents
気流計測方法および装置Info
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/26—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、クリーンルーム等の気
流計測方法および装置に関する。
流計測方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】クリーンルームの気流の特性を測定する
場合、特に層流域においてはその流れを乱さぬよう測定
することが重要であり、従来より各種の工夫がなされて
いる。特に、クリーンルームの竣工後の調整・検査項目
の一つに、「層流域での気流の垂直度」の項目がある
が、従来、この気流の垂直度θ（気流の方向が鉛直方向
とのなす角度）を測定する場合、風速センサ類で直接測
定すると測定点近傍の測定者やセンサそのものが層流を
乱してしまうため、図７に示すように、クリーンルーム
の天井４１から床方向に鉛直に垂らした絹糸４２の傾き
や、純水ミスト発生器４３により発生させた純水ミスト
４４の流れ等を目視で評価する方法が採られ、定性的な
評価に終始している。
場合、特に層流域においてはその流れを乱さぬよう測定
することが重要であり、従来より各種の工夫がなされて
いる。特に、クリーンルームの竣工後の調整・検査項目
の一つに、「層流域での気流の垂直度」の項目がある
が、従来、この気流の垂直度θ（気流の方向が鉛直方向
とのなす角度）を測定する場合、風速センサ類で直接測
定すると測定点近傍の測定者やセンサそのものが層流を
乱してしまうため、図７に示すように、クリーンルーム
の天井４１から床方向に鉛直に垂らした絹糸４２の傾き
や、純水ミスト発生器４３により発生させた純水ミスト
４４の流れ等を目視で評価する方法が採られ、定性的な
評価に終始している。
【０００３】なお図７において、４５はＨＥＰＡフィル
タ、４６はアクセスフロアである。
タ、４６はアクセスフロアである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これら従来の測定方法
では、あくまで目視での定性的な測定にすぎず、測定者
の主観に左右される。
では、あくまで目視での定性的な測定にすぎず、測定者
の主観に左右される。
【０００５】特に、絹糸による測定では、糸自体の径が
細く、目視での角度判別が困難であると共に、絹糸の質
量の影響が無視できず、正確な値であるとは言いがた
い。
細く、目視での角度判別が困難であると共に、絹糸の質
量の影響が無視できず、正確な値であるとは言いがた
い。
【０００６】また、公知の技術である「エアフローセン
サ（特開昭５７−８６０５８号公報）」等の熱センサ方
式では、クリーンルーム内のような微風速域（０．５ｍ
／ｓｅｃ以下程度）の気流中では、測定誤差が大きく、
また、センサそのものが気流の乱れを引き起こしてしま
い、気流の垂直度の測定には適用不可能である。
サ（特開昭５７−８６０５８号公報）」等の熱センサ方
式では、クリーンルーム内のような微風速域（０．５ｍ
／ｓｅｃ以下程度）の気流中では、測定誤差が大きく、
また、センサそのものが気流の乱れを引き起こしてしま
い、気流の垂直度の測定には適用不可能である。
【０００７】本発明の目的は、このような問題点のない
気流計測装置を提供することにある。
気流計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、 気流のトレーサとして、粒度が一定で粒
径が極小の粒子を鉛直方向に定量連続放出し、 前記粒子
に水平方向から、断面が鉛直方向に長い第１の帯状光を
照射し、照射の方向を水平方向に回転させて、散乱光強
度が最大となる位置で停止して照射を終了し、 前記停止
した位置において、前記第１の帯状光の照射方向と直交
する方向から、断面が鉛直方向に長い第２の帯状光を前
記粒子に照射し、第２の帯状光をその光軸に直角方向か
つ水平方向に移動させて、散乱光強度が最大となる位置
で停止し、 続いて、第２の帯状光を光軸を中心に回転さ
せて、散乱光強度が最大となる位置で停止し、 第２の帯
状光の前記回転の角度を気流の角度としたものである。
に、本発明は、 気流のトレーサとして、粒度が一定で粒
径が極小の粒子を鉛直方向に定量連続放出し、 前記粒子
に水平方向から、断面が鉛直方向に長い第１の帯状光を
照射し、照射の方向を水平方向に回転させて、散乱光強
度が最大となる位置で停止して照射を終了し、 前記停止
した位置において、前記第１の帯状光の照射方向と直交
する方向から、断面が鉛直方向に長い第２の帯状光を前
記粒子に照射し、第２の帯状光をその光軸に直角方向か
つ水平方向に移動させて、散乱光強度が最大となる位置
で停止し、 続いて、第２の帯状光を光軸を中心に回転さ
せて、散乱光強度が最大となる位置で停止し、 第２の帯
状光の前記回転の角度を気流の角度としたものである。
【０００９】また、上記目的を達成するために、本発明
は、 気流のトレーサとして使用する粒径が小さく粒度が
一定である極小の粒子を発生する微粒子発生器と、 前記
微粒子発生器から定量連続放出される粒子に、断面が帯
状の第１の光を照射し、前記粒子の放出方向に垂直な面
に平行に回転可能な第１の光源と、 第１の帯状光が前記
粒子に当たったときの散乱光の強度を測定する第１の光
検出器と、 前記面上において、前記第１の帯状光と直交
する方向から、断面が帯状の第２の光を前記粒子に照射
し、光軸に直角な方向に移動可能で、かつ光軸を中心に
回転可能な第２の光源と、 第２の帯状光が前記粒子に当
たったときの散乱光の強度を測定する第２の光検出器と
を設けたものである。
は、 気流のトレーサとして使用する粒径が小さく粒度が
一定である極小の粒子を発生する微粒子発生器と、 前記
微粒子発生器から定量連続放出される粒子に、断面が帯
状の第１の光を照射し、前記粒子の放出方向に垂直な面
に平行に回転可能な第１の光源と、 第１の帯状光が前記
粒子に当たったときの散乱光の強度を測定する第１の光
検出器と、 前記面上において、前記第１の帯状光と直交
する方向から、断面が帯状の第２の光を前記粒子に照射
し、光軸に直角な方向に移動可能で、かつ光軸を中心に
回転可能な第２の光源と、 第２の帯状光が前記粒子に当
たったときの散乱光の強度を測定する第２の光検出器と
を設けたものである。
【００１０】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
説明する。
【００１１】（第一の実施例） クリーンル−ムの層流域の任意の水平面上に、レーザ発
振器１１と、コリメータレンズ等を含む一次レンズ光学
系１２と、レーザの光軸を中心に回転可能な円筒レンズ
１３と、３枚の平面鏡１４−１，１４−２，１４−３
と、光検出器１５とを設置する。
振器１１と、コリメータレンズ等を含む一次レンズ光学
系１２と、レーザの光軸を中心に回転可能な円筒レンズ
１３と、３枚の平面鏡１４−１，１４−２，１４−３
と、光検出器１５とを設置する。
【００１２】これらの光学系は同一ステージ１６上に設
置され、後述する仮想交点２０を中心に仮想平面に平行
に回転可能となっている。
置され、後述する仮想交点２０を中心に仮想平面に平行
に回転可能となっている。
【００１３】更に、レーザ発振器１１と、一次レンズ光
学系１２と、円筒レンズ１３と、光検出器１５とは、仮
想平面上に平行に、レーザ光軸に対し直交する方向に滑
らかにスライド可能なテーブル１７上に設置されてい
る。
学系１２と、円筒レンズ１３と、光検出器１５とは、仮
想平面上に平行に、レーザ光軸に対し直交する方向に滑
らかにスライド可能なテーブル１７上に設置されてい
る。
【００１４】なお、仮想平面とは、光軸の存在する平面
を言うものとする。
を言うものとする。
【００１５】レーザ発振器１１から出力されたレーザ光
は、一次レンズ光学系１２および円筒レンズ１３によ
り、帯状のレーザ光１０にされる。また、平面鏡１４−
１は上下動可能であり、平面鏡１４−１を下方に移動
し、この帯状レーザ光を直角反射する位置（平面方向４
５°）に設置した場合、レーザ光は３枚の平面鏡１４−
１，１４−２，１４−３にて順次直角に変換され、最終
的に光路１８に沿って進む。また平面鏡１４−１を上方
に移動し、帯状レーザ光１０を遮らないようにした場
合、帯状レーザ光は光路１９に沿って進む。光路１８と
光路１９とは、光学系の設置されている仮想平面上の仮
想交点２０にて直交する。
は、一次レンズ光学系１２および円筒レンズ１３によ
り、帯状のレーザ光１０にされる。また、平面鏡１４−
１は上下動可能であり、平面鏡１４−１を下方に移動
し、この帯状レーザ光を直角反射する位置（平面方向４
５°）に設置した場合、レーザ光は３枚の平面鏡１４−
１，１４−２，１４−３にて順次直角に変換され、最終
的に光路１８に沿って進む。また平面鏡１４−１を上方
に移動し、帯状レーザ光１０を遮らないようにした場
合、帯状レーザ光は光路１９に沿って進む。光路１８と
光路１９とは、光学系の設置されている仮想平面上の仮
想交点２０にて直交する。
【００１６】一方、粒度がほぼ一定であるラテックス粒
子等の微粒子を発生する微粒子発生器２１が設置され、
この微粒子発生器２１から発生した粒度一定の微粒子２
２は、光学系の設置されている水平面の上流側かつ仮想
交点２０の鉛直上方よりチューブにより気流中に定量連
続放出される。ここで連続定量放出された微粒子２２は
その質量が極小であり、クリーンルーム内の気流も層流
であるため、気流の流れる方向に軌跡を描く。この軌跡
の傾きを検出すれば、気流の傾きを検出したこととみな
すことができる。
子等の微粒子を発生する微粒子発生器２１が設置され、
この微粒子発生器２１から発生した粒度一定の微粒子２
２は、光学系の設置されている水平面の上流側かつ仮想
交点２０の鉛直上方よりチューブにより気流中に定量連
続放出される。ここで連続定量放出された微粒子２２は
その質量が極小であり、クリーンルーム内の気流も層流
であるため、気流の流れる方向に軌跡を描く。この軌跡
の傾きを検出すれば、気流の傾きを検出したこととみな
すことができる。
【００１７】図２〜図５は、本発明の動作説明図であ
る。今、クリーンルームの層流域に、図１の装置を設置
し、その時の気流は鉛直方向に対する傾き角θで流れて
いるものとする。
る。今、クリーンルームの層流域に、図１の装置を設置
し、その時の気流は鉛直方向に対する傾き角θで流れて
いるものとする。
【００１８】ここで、気流のトレーサとして微粒子発生
器２１から微粒子２２を発生させ、クリーンルーム内に
放出させると、微粒子２２は定量放出されているため気
流にのり、一様な気流の軌跡を描く。
器２１から微粒子２２を発生させ、クリーンルーム内に
放出させると、微粒子２２は定量放出されているため気
流にのり、一様な気流の軌跡を描く。
【００１９】まず、図２（ａ）に示すように、平面鏡１
４−１，１４−２，１４−３にて帯状レーザ光１０の光
路を光路１８にする。この時、レーザ光は鉛直方向に長
い帯状を呈しており、微粒子２２が仮想交点２０付近で
レーザ光に当たると散乱光２３が発生し、光検出器１５
にて検出される。
４−１，１４−２，１４−３にて帯状レーザ光１０の光
路を光路１８にする。この時、レーザ光は鉛直方向に長
い帯状を呈しており、微粒子２２が仮想交点２０付近で
レーザ光に当たると散乱光２３が発生し、光検出器１５
にて検出される。
【００２０】このときの仮想交点２０付近のレーザ光１
０の断面の拡大図が図２（ｂ）であり、この時の微粒子
２２の軌跡は、レーザ光断面上部を横切っている。
０の断面の拡大図が図２（ｂ）であり、この時の微粒子
２２の軌跡は、レーザ光断面上部を横切っている。
【００２１】そこで、図３（ａ）のように、ステージ１
６を仮想交点２０を中心に仮想平面に平行に回転角φだ
け回転させると、光検出器１５の出力は微粒子２２の流
れの水平方向成分のベクトルと同様の方向に達した時
に、多くの微粒子が帯状レーザ光に当たるので最大とな
り、その時の回転角φの位置で装置全体の回転を停止さ
せる。
６を仮想交点２０を中心に仮想平面に平行に回転角φだ
け回転させると、光検出器１５の出力は微粒子２２の流
れの水平方向成分のベクトルと同様の方向に達した時
に、多くの微粒子が帯状レーザ光に当たるので最大とな
り、その時の回転角φの位置で装置全体の回転を停止さ
せる。
【００２２】なお、図２（ａ）および図３（ａ）には、
微粒子の流れの水平方向成分のベクトルの方向を矢印Ａ
で示している。
微粒子の流れの水平方向成分のベクトルの方向を矢印Ａ
で示している。
【００２３】この時の仮想交点２０付近のレーザ光の断
面の拡大図が図３（ｂ）であり、この時の微粒子２２の
軌跡はレーザ光断面と重なっている。
面の拡大図が図３（ｂ）であり、この時の微粒子２２の
軌跡はレーザ光断面と重なっている。
【００２４】次に、図４（ａ）のように、平面鏡１４−
１を上方に移動し、帯状レーザ光が光路１９を進むよう
に変更すると、帯状レーザ光は微粒子２２の流れの水平
方向成分のベクトルと直交する。その時、レーザ発振器
１１等を乗せたテーブル１７をレーザ光軸に対し直交す
る方向にスライドさせて光検出器１５の出力が最大にな
った位置にて停止する。その時の仮想交点２０付近のレ
ーザ光の断面の拡大図が図４（ｂ）であり、この時の微
粒子２２の軌跡は帯状レーザ光１０の中心部分を気流の
傾き角θをなして横切っていることになる。
１を上方に移動し、帯状レーザ光が光路１９を進むよう
に変更すると、帯状レーザ光は微粒子２２の流れの水平
方向成分のベクトルと直交する。その時、レーザ発振器
１１等を乗せたテーブル１７をレーザ光軸に対し直交す
る方向にスライドさせて光検出器１５の出力が最大にな
った位置にて停止する。その時の仮想交点２０付近のレ
ーザ光の断面の拡大図が図４（ｂ）であり、この時の微
粒子２２の軌跡は帯状レーザ光１０の中心部分を気流の
傾き角θをなして横切っていることになる。
【００２５】その後、図５（ａ）に示すように、円筒レ
ンズ１３をレーザ光軸を中心に回転させると、その回転
角θ′分だけ帯状のレーザ光が光軸を中心にして回転す
るので、図５（ｂ）のようにその帯状レーザ光１０の断
面の長手方向が微粒子２２の軌跡に重なった時、最も多
くの微粒子が帯状レーザに当たるので、光検知器１５の
出力が最大となる。すなわち、その時の円筒レンズ１３
の回転角θ′を気流の傾き角θ（垂直度）とみなすこと
ができる。
ンズ１３をレーザ光軸を中心に回転させると、その回転
角θ′分だけ帯状のレーザ光が光軸を中心にして回転す
るので、図５（ｂ）のようにその帯状レーザ光１０の断
面の長手方向が微粒子２２の軌跡に重なった時、最も多
くの微粒子が帯状レーザに当たるので、光検知器１５の
出力が最大となる。すなわち、その時の円筒レンズ１３
の回転角θ′を気流の傾き角θ（垂直度）とみなすこと
ができる。
【００２６】（第二の実施例）次に本発明の第二の実施
例につき図面を参照して説明する。
例につき図面を参照して説明する。
【００２７】図６は本発明の第二実施例の概要図であ
る。クリーンルームの層流域の任意の水平面上にレーザ
発振器１１，３１と、コリメータレンズを含む一次光学
系１２，３２と、レーザの光軸を中心に回転可能な円筒
レンズ１３，３３と、光検出器１５，３４とが、各々の
光軸が９０°の角をなすように設置されている。
る。クリーンルームの層流域の任意の水平面上にレーザ
発振器１１，３１と、コリメータレンズを含む一次光学
系１２，３２と、レーザの光軸を中心に回転可能な円筒
レンズ１３，３３と、光検出器１５，３４とが、各々の
光軸が９０°の角をなすように設置されている。
【００２８】また、図１の実施例同様、光路１８，１９
の交点を仮想交点２０と呼び、光軸の存在する平面を仮
想平面と呼ぶ。これら２組の光学系は、同一ステージ１
６上に設置されており、このステージは、双方の仮想交
点２０を中心として仮想水平面に平行に回転可能となっ
ている。
の交点を仮想交点２０と呼び、光軸の存在する平面を仮
想平面と呼ぶ。これら２組の光学系は、同一ステージ１
６上に設置されており、このステージは、双方の仮想交
点２０を中心として仮想水平面に平行に回転可能となっ
ている。
【００２９】さらに、レーザ発振器１１，一次光学系１
２，円筒レンズ１３および光検出器１５は、スライドテ
ーブル１７上に設置され、光軸に対して直交方向にスラ
イド可能となっており、円筒レンズ１３は光軸１９を中
心に回転可能である。
２，円筒レンズ１３および光検出器１５は、スライドテ
ーブル１７上に設置され、光軸に対して直交方向にスラ
イド可能となっており、円筒レンズ１３は光軸１９を中
心に回転可能である。
【００３０】気流のトレーサとして使用する粒度一定の
微粒子２２は、微粒子発生器２１から発生させ、光学系
の設置されている水平面の上流側かつ仮想交点２０の鉛
直上方よりチューブにより気流中に定量連続放出する。
微粒子２２は、微粒子発生器２１から発生させ、光学系
の設置されている水平面の上流側かつ仮想交点２０の鉛
直上方よりチューブにより気流中に定量連続放出する。
【００３１】次に、本実施例の動作を説明する。
【００３２】まず、レーザ発振器３１を発振させ、一次
光学系３２，円筒レンズ３３によって帯状レーザ光１０
ａを発生させる。微粒子２２が仮想交点２０付近でレー
ザ光に当たると散乱光を発生し、光検出器１５にて検出
するので、ステージ１６を仮想交点２０を中心に仮想平
面上で回転角φだけ回転させ、光検出器１５の出力の最
大となる回転角φ、すなわち、微粒子２２の流れの水平
方向成分のベクトルと同様の方向を検出し、ステージ１
６の回転を止める。この位置を保ったまま、レーザ発振
器３１の発振を停止し、レーザ発振器１１を発振させ、
テーブル１７をスライドさせ微粒子２２の軌跡を帯状レ
ーザ光１０ｂの中心におさめる。
光学系３２，円筒レンズ３３によって帯状レーザ光１０
ａを発生させる。微粒子２２が仮想交点２０付近でレー
ザ光に当たると散乱光を発生し、光検出器１５にて検出
するので、ステージ１６を仮想交点２０を中心に仮想平
面上で回転角φだけ回転させ、光検出器１５の出力の最
大となる回転角φ、すなわち、微粒子２２の流れの水平
方向成分のベクトルと同様の方向を検出し、ステージ１
６の回転を止める。この位置を保ったまま、レーザ発振
器３１の発振を停止し、レーザ発振器１１を発振させ、
テーブル１７をスライドさせ微粒子２２の軌跡を帯状レ
ーザ光１０ｂの中心におさめる。
【００３３】次に、円筒レンズ１３を光軸を中心にθ′
回転させ、その帯状レーザ光の断面が微粒子２２の軌跡
に重なった時、光検知器１５の出力が最大となるので、
θ′を気流の傾き角θ（垂直度）として検出可能であ
る。
回転させ、その帯状レーザ光の断面が微粒子２２の軌跡
に重なった時、光検知器１５の出力が最大となるので、
θ′を気流の傾き角θ（垂直度）として検出可能であ
る。
【００３４】本実施例の動作原理は第一実施例と同様で
あるが、レーザ発振器を含む光学系を２つにすることに
より、３枚の平面鏡によって作っていた光路を短縮可能
であり、平面鏡の反射等によるレーザ光の出力ロスが防
止可能となる。
あるが、レーザ発振器を含む光学系を２つにすることに
より、３枚の平面鏡によって作っていた光路を短縮可能
であり、平面鏡の反射等によるレーザ光の出力ロスが防
止可能となる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、気流の
トレーサとして粒径が小さく粒度が一定の微粒子を定量
連続放出させ、その軌跡の傾き角を帯状レーザ光にて検
出することにより、非接触且つ気流を乱すことなく測定
可能となり、これまで、目視等で定性的な評価を行って
きた気流垂直度の測定を定量的に評価可能となる。
トレーサとして粒径が小さく粒度が一定の微粒子を定量
連続放出させ、その軌跡の傾き角を帯状レーザ光にて検
出することにより、非接触且つ気流を乱すことなく測定
可能となり、これまで、目視等で定性的な評価を行って
きた気流垂直度の測定を定量的に評価可能となる。
【図１】本発明の第一実施例の概要図である。
【図２】本発明の第一実施例の動作説明図である。
【図３】本発明の第一実施例の動作説明図である。
【図４】本発明の第一実施例の動作説明図である。
【図５】本発明の第一実施例の動作説明図である。
【図６】本発明の第二実施例の概要図である。
【図７】従来技術の概要図である。
１０，１０ａ，１０ｂ 帯状のレーザ光 １１，３１ レーザ発振器 １２，３２ 一次レンズ光学系 １３，３３ 円筒レンズ １４ 平面鏡 １５，３４ 光検出器 １６ 回転ステージ １７ スライドテーブル １８，１９ レーザ光路 ２０ 仮想交点 ２１ 粒度一定微粒子発生器 ２２ 微粒子 ２３ 散乱光 ４１ クリーンルーム天井 ４２ 絹糸 ４３ 純水ミスト発生器 ４４ 純水ミスト
Claims (2)
- 【請求項１】気流のトレーサとして、粒度が一定で粒径
が極小の粒子を鉛直方向に定量連続放出し、 前記粒子に水平方向から、断面が鉛直方向に長い第１の
帯状光を照射し、照射の方向を水平方向に回転させて、
散乱光強度が最大となる位置で停止して照射を終了し、 前記停止した位置において、前記第１の帯状光の照射方
向と直交する方向から、断面が鉛直方向に長い第２の帯
状光を前記粒子に照射し、第２の帯状光をその光軸に直
角方向かつ水平方向に移動させて、散乱光強度が最大と
なる位置で停止し、 続いて、第２の帯状光を光軸を中心に回転させて、散乱
光強度が最大となる位置で停止し、 第２の帯状光の前記回転の角度を気流の角度とする、 ことを特徴とする気流計測方法。 - 【請求項２】気流のトレーサとして使用する粒径が小さ
く粒度が一定である極小の粒子を発生する微粒子発生器
と、 前記微粒子発生器から定量連続放出される粒子に、断面
が帯状の第１の光を照射し、前記粒子の放出方向に垂直
な面に平行に回転可能な第１の光源と、 第１の帯状光が前記粒子に当たったときの散乱光の強度
を測定する第１の光検出器と、 前記面上において、前記第１の帯状光と直交する方向か
ら、断面が帯状の第２の光を前記粒子に照射し、光軸に
直角な方向に移動可能で、かつ光軸を中心に回転可能な
第２の光源と、 第２の帯状光が前記粒子に当たったときの散乱光の強度
を測定する第２の光検出器と、 を備えることを特徴とする気流計測装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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