JP2769990B2 - Flow measurement method and flow meter - Google Patents
Flow measurement method and flow meterInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は管路内の気体や液体の流
速をカルマン渦を利用して測定する流量計に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow meter for measuring the flow velocity of gas or liquid in a pipeline using Karman vortex.
【0002】[0002]
【従来の技術】管路内の流量を測定する流量計には原理
的に様々のものが使用されており、絞りの前後の差圧を
測定する絞り流量計、ピトー管流量計、面積式流量計、
電磁流量計、超音波流量計などが挙げられるが、比較的
新しいものとして渦流量計がある。これは流れの中に円
柱、角柱などの物体1を置くと、その下流に図2に示す
ように交互に放出される2列の渦2が発生する現象を利
用する。この渦はカルマンの渦と呼ばれており、この渦
の放出頻度が流速に比例していることにより流速を計測
するものである。2. Description of the Related Art In principle, various types of flow meters for measuring the flow rate in a pipeline are used, and a throttle flow meter, a pitot tube flow meter, and an area type flow meter for measuring a differential pressure before and after a throttle are used. Total
An electromagnetic flow meter, an ultrasonic flow meter and the like can be mentioned, and a relatively new one is a vortex flow meter. This utilizes a phenomenon in which, when an object 1 such as a cylinder or a prism is placed in a flow, two rows of vortices 2 are alternately discharged downstream as shown in FIG. This vortex is called Karman vortex, and the velocity of the vortex is measured by the fact that the frequency of the vortex is proportional to the flow velocity.
【0003】すなわち、単位時間当りの渦の放出される
数である渦放出周波数をf、流速をv、流れの中に入れ
る円柱の直径をdとすると下式が成立する。 f=Sv/dThat is, if the vortex emission frequency, which is the number of vortices emitted per unit time, is f, the flow velocity is v, and the diameter of a cylinder inserted in the flow is d, the following equation is established. f = Sv / d
【0004】ここでSはストローハル数と呼ばれる無次
元の定数であって、円柱の場合約0.2である。カルマ
ン渦は流線形でない物体であればどのような形のものに
対しても発生し、たとえば断面が正方形の角柱の場合d
を一辺の長さとするとSは約0.16となる。このスト
ローハル数の値は流体の動粘性係数の広い範囲にわたっ
てほぼ一定であり、液体であっても気体であっても上記
の関係は成立する。Here, S is a dimensionless constant called the Strouhal number, which is about 0.2 for a cylinder. Karman vortices are generated for any shape that is not streamlined. For example, if the cross section is a square prism, d
Is the length of one side, S is about 0.16. The value of the Strouhal number is substantially constant over a wide range of the kinematic viscosity coefficient of the fluid, and the above relationship holds regardless of whether the fluid is a liquid or a gas.
【0005】このカルマン渦の放出周波数の検出方法で
あるが、柱の後流が蛇行しているとみることもでき、こ
の蛇行による力を測定すればよい。したがって抵抗式歪
センサ、容量形変位センサ、圧電センサなどが実際に使
用されている。この渦流量計は渦の安定性の面から測定
できる流量の下限に制限があるものの他には特に欠点が
なく、機構的に可動部分がないため耐久性が高いこと、
流体の温度、圧力、組成などに影響されないなどの利点
があるため適用が広がりつつある。In this method of detecting the emission frequency of the Karman vortex, it can be considered that the wake of the column is meandering, and the force caused by the meandering may be measured. Therefore, a resistive strain sensor, a capacitive displacement sensor, a piezoelectric sensor and the like are actually used. This vortex flowmeter has no particular defect except for the lower limit of the flow rate that can be measured from the aspect of vortex stability, and has high durability because there is no movable part mechanically.
Due to its advantages such as being unaffected by the temperature, pressure, composition, etc. of the fluid, its application is expanding.
【0006】ところで特開平5−180673号公報に
は渦流量計における渦の放出周波数の測定手段として、
光ファイバーを利用したものが開示されている。この方
法は管路内に偏波面保持光ファイバーを設け、直交する
2偏波モードの光を前記光ファイバーに入射し、その両
光モードの位相差が変化するその周波数を検出するもの
である。これは渦流により光ファイバーに曲げ変形を与
えると屈折率が変化し、直交する2偏波モードの光にお
いてはこれら2つの偏波モードの光の位相差に変化が生
ずる現象を利用したものである。Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-180673 discloses a vortex flowmeter as means for measuring the vortex emission frequency.
One using an optical fiber is disclosed. In this method, a polarization-maintaining optical fiber is provided in a pipe, light of two orthogonal polarization modes is incident on the optical fiber, and the frequency at which the phase difference between the two optical modes changes is detected. This utilizes a phenomenon in which the refractive index changes when the optical fiber is bent and deformed by eddy currents, and the phase difference between these two polarization mode lights changes in orthogonal two polarization mode lights.
【0007】上記偏波面保持光ファイバーは製造工程の
途中で両側面を削り取ってから線引き加工を施すなどの
方法によりコアやクラッドを楕円状に変形させたりその
他の方法で直径方向の歪を与えたりして、入射した光の
偏波面が保持されたまま伝送できるようにした特殊な光
ファイバーである。これを利用した流量計の具体的な構
成としては発光側としてHeNeレーザなどのレーザ発
振器、これの直線偏光の光を円偏光にする1/4波長
数、受光側として、検光子(ウォラストンプリズム)、
フォトダイオードなどの光検出素子などよりなり、また
検出信号の処理装置として周波数分析を行なうスペクト
ラムアナライザーなどが設けられる。The polarization-maintaining optical fiber is formed by deforming the core or clad into an elliptical shape by applying a method such as drawing off both side surfaces in the course of the manufacturing process and then drawing, or imparting a strain in the diameter direction by other methods. This is a special optical fiber that allows transmission while maintaining the polarization plane of the incident light. As a specific configuration of a flow meter utilizing this, a laser oscillator such as a HeNe laser is used as a light emitting side, a quarter wavelength number for converting linearly polarized light into circularly polarized light, and an analyzer (Wollaston prism) is used as a light receiving side. ),
It is composed of a photodetector such as a photodiode, and a spectrum analyzer that performs frequency analysis is provided as a device for processing a detection signal.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記の光ファイバーで
カルマン渦を検出する方法は抵抗式歪センサ、容量形変
位センサ、圧電センサなどを用いる方法と異なり、電気
的な回路を有するセンサ素子を流体の管路内に設けなく
てもよいという特長を有する。したがって可燃性流体を
測定するための防爆仕様を容易に達成できるという利点
を有する。しかしながら前記特開平5−180673号
公報に記載された方法は特殊な光学部品やスペクトラム
アナライザーなどを使うため装置が大がかりでコストが
極めて高くなる。そこで本発明は光ファイバーをカルマ
ン渦の検出に用いることによって上記安全性に対する利
点は保持しつつ、より安価なものを提供することを目的
とする。The method of detecting Karman vortex with the above-mentioned optical fiber is different from the method of using a resistive strain sensor, a capacitive displacement sensor, a piezoelectric sensor, or the like. It has the advantage that it does not need to be provided in the pipeline. Therefore, there is an advantage that an explosion-proof specification for measuring a flammable fluid can be easily achieved. However, the method described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-180673 uses a special optical component, a spectrum analyzer, and the like, and therefore requires a large-scale apparatus and extremely high cost. Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive optical fiber while using the optical fiber for detecting Karman vortices while maintaining the above-mentioned advantages for safety.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、管路内にカルマン渦を発生させ、そ
の渦放出数により流量を測定する流量計測方法におい
て、渦の流れの中に光ファイバーを配置し、前記光ファ
イバーに前記渦放出周波数より高い周波数の断続光を通
過させ、渦によって光ファイバーに加わった力により光
ファイバーを通過した光パルスの幅が減少する現象を検
出することにより、前記渦放出数を測定することを特徴
とする流量計測方法である。またここにおいて光ファイ
バーはプラスチック系光ファイバーであることも特徴と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems. In a flow rate measuring method for generating a Karman vortex in a pipe and measuring the flow rate based on the number of vortex discharges, the present invention relates to a method for measuring a flow rate of a vortex. By arranging an optical fiber therein, passing the intermittent light having a frequency higher than the vortex emission frequency to the optical fiber, and detecting a phenomenon in which the width of the light pulse passing through the optical fiber is reduced by the force applied to the optical fiber by the vortex, A flow measurement method characterized in that the number of vortex shedding is measured. The optical fiber is also characterized in that it is a plastic optical fiber.
【0010】また、管路内に配置されたカルマン渦発生
体と、前記カルマン渦発生体の下流に配置され、その両
端が管路外にある光ファイバーと、前記光ファイバーの
一端に接続され一定幅のパルス光を光放射器と、他端に
接続された光検出器と、前記光検出器からの信号のパル
ス幅に応じた出力を発生する演算回路と、前記演算回路
の出力の変動の周波数を計測する周波数計測回路とによ
って構成されることを特徴とする流量計である。またこ
こにおいて上記の光検出器からの信号のパルス幅に応じ
た出力を発生する演算回路は、光ファイバーに入射する
光に対応した信号と光検出器からの光の検出信号との時
間差に応じた信号を得る回路と、この信号を積分する回
路よりなることも特徴とする。Also, a Karman vortex generator arranged in a conduit, an optical fiber disposed downstream of the Karman vortex generator, both ends of which are outside the conduit, and an optical fiber connected to one end of the optical fiber and having a fixed width. A pulse light, a light radiator, a light detector connected to the other end, an arithmetic circuit that generates an output corresponding to the pulse width of a signal from the light detector, and a frequency of an output fluctuation of the arithmetic circuit. And a frequency measuring circuit for measuring the flow rate. In addition, the arithmetic circuit that generates an output corresponding to the pulse width of the signal from the photodetector according to the time difference between the signal corresponding to the light incident on the optical fiber and the detection signal of the light from the photodetector. It is also characterized by a circuit for obtaining a signal and a circuit for integrating this signal.
【0011】[0011]
【作用】図1は本発明の方法を示す図で、管路3の中に
カルマン渦発生体4を置き、その下流に光ファイバー5
を置いてその両端は管路の外部に通じている。そしてそ
の一端には発光ダイオードなどよりなる光放射器6、他
端にはフォトトランジスタなどよりなる光検出器7を結
合する。そして光放射器6には図3の(a)に示すよう
な断続光を発生させる。周波数(単位時間当りのパルス
数)としてはたとえば数十kHzといった周波数であ
る。そうすると受光側の光検出器7では光ファイバーに
与えられた力に応じて検出された光パルスの幅が減少す
る現象がみられる。本発明においてはこの現象を利用
し、光ファイバーを通過した光パルスの幅がカルマン渦
の放出周波数に対応して周期的に変化するのを検出し、
これから信号処理により渦放出周波数を取り出すもので
ある。FIG. 1 is a view showing a method of the present invention, in which a Karman vortex generator 4 is placed in a conduit 3 and an optical fiber 5 is placed downstream thereof.
And both ends communicate with the outside of the pipeline. A light radiator 6 composed of a light emitting diode or the like is coupled to one end of the light radiator 6 and a photodetector 7 composed of a phototransistor or the like is coupled to the other end. Then, the light radiator 6 generates intermittent light as shown in FIG. The frequency (the number of pulses per unit time) is, for example, several tens of kHz. Then, in the photodetector 7 on the light receiving side, a phenomenon is observed in which the width of the detected light pulse is reduced according to the force applied to the optical fiber. In the present invention, utilizing this phenomenon, it is detected that the width of the light pulse that has passed through the optical fiber changes periodically according to the emission frequency of the Karman vortex,
From this, the vortex emission frequency is extracted by signal processing.
【0012】この光ファイバーを通過した光パルスの幅
の減少であるが、図3(b)に示すように、パルスの立
ち上がりがRだけ遅れることに起因している。この現象
は今迄発表されておらず本発明者等が始めて見出した現
象であるが、その理論的根拠は今の所不明である。なお
この現象は光ファイバーを通過したパルスの立ち上がり
が遅れるだけで立ち下がりは変化がなく、光パルスがそ
のまま時間的にずれて遅延するわけではない。このため
光ファイバーに力を加えた状態で光放射器の光パルスの
幅をだんだん小さくしていくと、立ち上がりだけが遅れ
る結果ついには光ファイバーを透過する光がなくなると
いうことになる。The decrease in the width of the light pulse that has passed through the optical fiber is caused by the delay of the rise of the pulse by R as shown in FIG. This phenomenon has not been published so far and is the phenomenon discovered by the present inventors for the first time, but the theoretical basis is unknown at present. In this phenomenon, only the rise of the pulse passing through the optical fiber is delayed, and the fall does not change, and the optical pulse is not delayed with a time lag. For this reason, if the width of the light pulse of the light radiator is gradually reduced while a force is applied to the optical fiber, only the rise is delayed, so that no light passes through the optical fiber.
【0013】光ファイバーに曲げを加えると光の減衰が
大きくなる現象は知られているが、これは光ファイバー
のコアとクラッドとの間での光の反射の条件が変り、実
質的に開口数が減少するためである。本発明で利用して
いる現象はこれとは異なる。本発明の方法は光の強度を
測定する方法とは異なり温度条件などの他の要因の影響
がほとんどなく、光ファイバー自体の長さが短かくても
十分な感度をもって確実に検出できる。It is known that the bending of an optical fiber causes an increase in light attenuation. This is because the condition of light reflection between the core and the cladding of the optical fiber changes, and the numerical aperture substantially decreases. To do that. The phenomenon used in the present invention is different from this. Unlike the method of measuring the light intensity, the method of the present invention is hardly affected by other factors such as temperature conditions, and can reliably detect with sufficient sensitivity even if the length of the optical fiber itself is short.
【0014】光ファイバーには材質として石英系、多成
分ガラス系、プラスチック系などがあるが、本発明の流
量計にはプラスチック系が適している。プラスチック光
ファイバーはコアにポリメチルメタアクリレートなどの
高屈折率のプラスチック、クラッドに弗素樹脂などの低
屈折率のプラスチックを用いたもので、素線の太さが
0.5mmないし2.0mm位のものが光センサ用や機
器内の光信号の伝送用として製造されている。光の伝搬
モードは多モードであり、太径で開口数が0.5程度と
大きいため発光ダイオードを光源として容易に光を送り
込むことができる。Optical fibers include quartz, multi-component glass, and plastic materials as materials, and the plastic material is suitable for the flow meter of the present invention. Plastic optical fiber is made of high refractive index plastic such as polymethyl methacrylate for the core and low refractive index plastic such as fluororesin for the cladding, and the wire thickness is about 0.5mm to 2.0mm. Are manufactured for optical sensors and for transmitting optical signals in equipment. The light propagates in multiple modes, and has a large diameter and a large numerical aperture of about 0.5, so that light can be easily transmitted using a light emitting diode as a light source.
【0015】渦放出周波数fはたとえば先の式で流速v
=2m/S、円柱の直径d=10mm=0.01m、ス
トローハル数S=0.2とするとf=40Hzとなり、
通常数百Hz以下であるから光ファイバーに入射する光
の断続周波数(パルス数/秒)はたとえば数kHz以上
あれば、これの各パルスの幅の変化により渦放出周波数
を十分な精度で測定できる。通常は矩形波、すなわちデ
ューテー比50%のパルスとするのが発振器の製作が容
易である。The vortex emission frequency f is, for example, the flow velocity v
= 2 m / S, the diameter of the cylinder d = 10 mm = 0.01 m, and the number of Strouhals S = 0.2, f = 40 Hz,
Since the intermittent frequency (the number of pulses / second) of the light incident on the optical fiber is, for example, several kHz or more, the vortex emission frequency can be measured with sufficient accuracy by changing the width of each pulse. Usually, a rectangular wave, that is, a pulse having a duty ratio of 50%, is easy to manufacture the oscillator.
【0016】図4は本発明の測定方法における各段階の
電気信号または光の波形を示したものであり、(a)図
は上記光ファイバーに入射する光のパルス波形を示して
いる。これに対して(b)図は光ファイバーの他端で検
出された光信号を示しており、光ファイバーに加わった
力に応じてパルスの立ち上がりに遅れRが生じパルス幅
が減少している。したがってこのパルス幅を計測し、こ
れの変化に応じた出力を発生する演算回路に入れれば渦
放出周波数に対応した信号を得られる。たとえば図4
(b)の出力は振幅が一定になるようにしておけば、積
分回路に入れてパルス波の面積、つまりはパルス幅の変
化に応じた出力を取り出せる。しかしパルスの立ち上が
りの遅れRの変化がわずかのときでもこれを感度良く捕
えるには、この遅れR自体に対応したパルスに一旦変換
するとよい。これには光ファイバーに入射する光に対応
した信号、すなわち図4の(a)図の信号と、光検出器
の光の検出信号、すなわち(b)図の信号との時間差に
応じた信号を発生させればよい。(c)図はこのように
して求めた波形であり、これを積分回路に入れれば
(d)図のようなパルス幅の変化に応じた出力が得られ
る。FIG. 4 shows the waveform of an electric signal or light at each stage in the measuring method of the present invention. FIG. 4A shows the pulse waveform of light incident on the optical fiber. On the other hand, FIG. 2B shows an optical signal detected at the other end of the optical fiber, where a delay R occurs at the rise of the pulse according to the force applied to the optical fiber, and the pulse width is reduced. Therefore, a signal corresponding to the vortex emission frequency can be obtained by measuring this pulse width and putting it into an arithmetic circuit that generates an output corresponding to the change. For example, FIG.
If the output of (b) is made to have a constant amplitude, an output corresponding to the change in the area of the pulse wave, that is, a change in the pulse width can be taken out by entering the integration circuit. However, even if the change in the delay R of the rise of the pulse is small, the change can be captured with high sensitivity by temporarily converting the pulse into a pulse corresponding to the delay R itself. This involves generating a signal corresponding to the light incident on the optical fiber, that is, a signal corresponding to the time difference between the signal of FIG. 4A and the detection signal of the light from the photodetector, ie, the signal of FIG. It should be done. (C) is a waveform obtained in this way, and if this is put into an integrating circuit, an output corresponding to a change in pulse width as shown in (d) is obtained.
【0017】図4(d)の波形はその周波数が渦の放出
周波数すなわち流量に比例した値になる。周波数の計測
のためにはこれを周波数に応じたパルスに変換して、ゲ
ート回路により一定時間ごとのパルス数を計測すればよ
い。またパルス数そのものを累計すれば積算流量の測定
ができる。図4(d)の波形を適当な幅のパルスに変換
するには図4(e)のように入力があるしきい値Aより
値が大きいときに一定の出力が現われるようにすればよ
い。The waveform of FIG. 4D has a value whose frequency is proportional to the discharge frequency of the vortex, that is, the flow rate. In order to measure the frequency, the frequency may be converted into a pulse corresponding to the frequency, and the number of pulses per fixed time may be measured by a gate circuit. The accumulated flow rate can be measured by accumulating the pulse number itself. In order to convert the waveform of FIG. 4D into a pulse having an appropriate width, a constant output may be produced when the input is larger than a certain threshold value A as shown in FIG. 4E.
【0018】[0018]
【実施例】直径100mmの管の流量測定に本発明の方
法を用いた。図1に示したように管3に中にカルマン渦
発生体4として円柱を設け、その下流に光ファイバー5
を平行して設けた。光ファイバーは直径1.0mmの多
モードのプラスチック製のものを用いた。また光放射器
6として波長890nmの赤外線を放射するGaAlA
s系の発光ダイオードを用いた。一方光検出器7として
はフォトダイオードと増幅回路等を1チップに集積化し
てパッケージに収めたフォトICを用いた。EXAMPLE The method of the present invention was used to measure the flow rate of a 100 mm diameter tube. As shown in FIG. 1, a cylinder is provided as a Karman vortex generator 4 in a tube 3 and an optical fiber 5 is provided downstream thereof.
Were provided in parallel. The optical fiber used was a multi-mode plastic having a diameter of 1.0 mm. GaAlA which emits infrared light having a wavelength of 890 nm as the light radiator 6
An s-based light emitting diode was used. On the other hand, as the photodetector 7, a photo IC in which a photodiode, an amplifier circuit, and the like were integrated on one chip and housed in a package was used.
【0019】図5は渦放出周波数の検出を行なうための
回路の例である。先の図4(a)に示したような発振器
11からのパルス出力により発光ダイオード12を発光
させる。光ファイバー5を通過した光はフォトIC13
で受光され、図4(b)のような光を検出しているとき
だけ出力電圧が現われる信号を発生する。FIG. 5 shows an example of a circuit for detecting a vortex emission frequency. The light emitting diode 12 is caused to emit light by a pulse output from the oscillator 11 as shown in FIG. The light that has passed through the optical fiber 5 is a photo IC 13
And generates a signal in which the output voltage appears only when detecting the light as shown in FIG.
【0020】一方、発振器11からの信号はインバータ
14を通し、発光ダイオードが発光していないときに電
圧が現われる信号、すなわち図4(a)の波形を上下逆
にした形の信号に変換し、フォトIC13からの信号と
共にNOR回路15に入れる。その結果これら2つの入
力がいずれも無い時間に相当する信号、すなわち光ファ
イバー通過によるパルス立上りの遅れに対応する図
(c)に示す信号が得られる。On the other hand, the signal from the oscillator 11 passes through the inverter 14 and is converted into a signal in which a voltage appears when the light emitting diode is not emitting light, that is, a signal in which the waveform of FIG. The signal is input to the NOR circuit 15 together with the signal from the photo IC 13. As a result, a signal corresponding to a time when these two inputs are not present, that is, a signal shown in FIG. 3C corresponding to a delay in pulse rising due to passage through the optical fiber is obtained.
【0021】NOR回路からの信号は積分回路16を通
すことにより、図4(d)のようなパルス幅の周期的変
動に対応した電圧波形で得られる。この出力をピークホ
ールド回路17に通し、たとえばピーク値の90%とい
った値に分圧器18で分圧し、NOR回路の直接の出力
と共にコンパレータ回路19に入力する。これにより分
圧器18からの出力電圧を超えた時間に相当する図4
(e)のようなパルス出力が得られる。すなわちピーク
ホールド回路17の役割は積分回路16からの出力電圧
は一定ではないので、そのピークの値との対比によって
適当な幅のパルスを得るためのものである。分圧器18
の分圧比が大に、すなわちピークホールド回路17の出
力電圧そのものに近くなる程コンパレータ回路19から
の出力パルス幅は小さくなる。なおピークホールド回路
は一定時間毎にリセットしてピーク値そのものの変動に
対処するようにしている。The signal from the NOR circuit passes through the integration circuit 16 to obtain a voltage waveform corresponding to the periodic fluctuation of the pulse width as shown in FIG. This output is passed through a peak hold circuit 17 and divided by a voltage divider 18 to a value such as 90% of the peak value, and is input to a comparator circuit 19 together with the direct output of the NOR circuit. 4 corresponding to the time exceeding the output voltage from the voltage divider 18.
A pulse output as shown in (e) is obtained. That is, the role of the peak hold circuit 17 is to obtain a pulse of an appropriate width by comparing the output voltage from the integration circuit 16 with the peak value. Voltage divider 18
Is larger, that is, as the output voltage of the peak hold circuit 17 becomes closer to itself, the output pulse width from the comparator circuit 19 becomes smaller. The peak hold circuit is reset at regular intervals so as to deal with fluctuations in the peak value itself.
【0022】コンパレータ回路19の出力はパルスカウ
ントを行なう周波数計測回路20に入力され、これの出
力が目的とする流量の計測値になる。周波数計測回路は
一般に知られているものであり、一定時間ゲート毎の入
力パルス数を計数するのを繰り返し行なうようになって
いる。The output of the comparator circuit 19 is input to a frequency measurement circuit 20 that performs pulse counting, and the output from the frequency measurement circuit 20 becomes a target flow rate measurement value. The frequency measurement circuit is generally known, and repeatedly counts the number of input pulses for each gate for a predetermined time.
【0023】上記のような構成により発振器11のパル
ス周波数は25kHzでデューティー比50%とし、渦
発生周波数と流量との関係を測定したところ、両者は比
例関係にあり良好な測定を行なうことができた。With the above configuration, the pulse frequency of the oscillator 11 is 25 kHz, the duty ratio is 50%, and the relationship between the vortex generation frequency and the flow rate is measured. Was.
【0024】[0024]
【発明の効果】本発明によりカルマン渦の放出周波数を
流体内には光ファイバーのみを入れることによって測定
し、流量を知ることができる。したがって電気部品が流
体と接触することがないから防爆構造とすることができ
るので石油化学プラントなどでの流量計測に好適であ
る。しかも本発明の光ファイバーの使用方法によれば、
光ファイバーとの光の入射、検出に高価な光学部品を一
切使用する必要なく、また検出信号の処理の電気回路に
もスペクトラムアナライザーのような高価な装置を使用
する必要なく、極めて安価に製作できる。According to the present invention, the emission frequency of the Karman vortex can be measured by placing only an optical fiber in the fluid to determine the flow rate. Therefore, since the electric parts do not come into contact with the fluid, an explosion-proof structure can be provided, which is suitable for flow measurement in a petrochemical plant or the like. Moreover, according to the method of using the optical fiber of the present invention,
It can be manufactured at very low cost without using any expensive optical components for the incidence and detection of light with the optical fiber, and without using an expensive device such as a spectrum analyzer in the electric circuit for processing the detection signal.
【図1】本発明の流量計測方法を説明する図FIG. 1 is a diagram illustrating a flow measurement method according to the present invention.
【図2】カルマン渦を説明する図FIG. 2 is a diagram illustrating the Karman vortex
【図3】本発明における光パルスの状態を示す図で、
(a)は入射光、(b)は検出光を示すFIG. 3 is a diagram showing a state of a light pulse according to the present invention;
(A) shows incident light, (b) shows detection light
【図4】本発明における光パルス信号およびその検出信
号の状態を示す図で、(a)ないし(e)は変化順序を
示すFIGS. 4A to 4E are diagrams showing states of an optical pulse signal and a detection signal thereof according to the present invention, wherein FIGS.
【図5】本発明の流量計における計測回路の例を示す図FIG. 5 is a diagram showing an example of a measurement circuit in the flow meter of the present invention.
1 物体 2 渦 3 管路 4 渦発生体 5 光ファイバー 6 光放射器 7 光検出器 11 発振器 12 発光ダイオード 13 フォトIC 14 インバータ 15 NOR回路 16 積分回路 17 ピークホールド回路 18 分圧器 19 コンパレータ回路 20 周波数計測回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Object 2 Vortex 3 Pipeline 4 Vortex generator 5 Optical fiber 6 Optical radiator 7 Photodetector 11 Oscillator 12 Light emitting diode 13 Photo IC 14 Inverter 15 NOR circuit 16 Integrating circuit 17 Peak hold circuit 18 Voltage divider 19 Comparator circuit 20 Frequency measurement circuit
Claims (4)
放出数により流量を測定する流量計測方法において、渦
の流れの中に光ファイバーを配置し、前記光ファイバー
に前記渦放出周波数より高い周波数の断続光を通過さ
せ、渦によって光ファイバーに加わった力により光ファ
イバーを通過した光パルスの幅が減少する現象を検出す
ることにより、前記渦放出数を測定することを特徴とす
る流量計測方法。In a flow rate measuring method for generating a Karman vortex in a pipe and measuring a flow rate based on the number of vortex shedding, an optical fiber is arranged in a vortex flow, and a frequency higher than the vortex shedding frequency is provided in the optical fiber. And measuring the number of vortex discharges by detecting a phenomenon in which the width of a light pulse passing through the optical fiber decreases due to the force applied to the optical fiber by the vortex.
バーであることを特徴とする請求項1記載の流量計測方
法。2. The method according to claim 1, wherein the optical fiber is a plastic optical fiber.
と、前記カルマン渦発生体の下流に配置されその両端が
管路外にある光ファイバーと、前記光ファイバーの一端
に接続され一定幅のパルス光を連続して発生する光放射
器と、他端に接続された光検出器と、前記光検出器から
の信号のパルス幅に応じた出力を発生する演算回路と、
前記演算回路の出力の変動の周波数を計測する周波数計
測回路とによって構成されることを特徴とする流量計。3. A Karman vortex generator disposed in a conduit, an optical fiber disposed downstream of the Karman vortex generator and having both ends outside the conduit, and a pulse having a fixed width connected to one end of the optical fiber. A light radiator that continuously generates light, a light detector connected to the other end, and an arithmetic circuit that generates an output corresponding to a pulse width of a signal from the light detector,
A flow rate measuring circuit configured to measure a frequency of a change in output of the arithmetic circuit.
出力を発生する演算回路は、光ファイバーに入射する光
に対応した信号と光検出器からの光の検出信号との時間
差に応じた信号を得る回路と、この信号を積分する回路
よりなることを特徴とする請求項3記載の流量計。4. An arithmetic circuit for generating an output corresponding to a pulse width of a signal from a photodetector, according to a time difference between a signal corresponding to light incident on the optical fiber and a light detection signal from the photodetector. 4. The flowmeter according to claim 3, comprising a circuit for obtaining a signal and a circuit for integrating the signal.
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JPH08278172A JPH08278172A (en) | 1996-10-22 |
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