JP2846139B2 - 超音波流速計 - Google Patents
超音波流速計Info
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- JP2846139B2 JP2846139B2 JP3118056A JP11805691A JP2846139B2 JP 2846139 B2 JP2846139 B2 JP 2846139B2 JP 3118056 A JP3118056 A JP 3118056A JP 11805691 A JP11805691 A JP 11805691A JP 2846139 B2 JP2846139 B2 JP 2846139B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波流速計に関する。
【０００２】
【従来の技術】管路内を流通している液体の流速を計測
する従来の超音波流速計は、図６模式図に示すように、
液体２が流通している管路１の外側に、下流方向へ超音
波を送信する超音波センサー１５1 と受信用の下流側超
音波センサー９1 、上流方向へ超音波を送信する超音波
センサー１５2と受信用の上流側超音波センサー９
2 が、それぞれ互いに向かい合って超音波の経路交差す
るように配置されており、送信用の超音波センサー１５
1 ，１５2 はパルス発振器１４で駆動され、受信用の超
音波センサー９1 ，９2 からの信号は、トリガ出力器１
１によりパルス発振器１４と同期がとられた信号処理装
置１０で処理される。しかして、超音波センサー１５1
から発振された下流向きの超音波１３1 と超音波センサ
ー１５2 から発振された上流向きの超音波１３2 は、液
体２の流れのため伝播速度が異なり、その結果超音波１
３1 ，１３2 が送信側から受信側へ伝播する時間は、下
流方向と上流方向では異なるので、この下流方向と上流
方向の超音波の伝播時間の違いから液体２の流速が求め
られる。
する従来の超音波流速計は、図６模式図に示すように、
液体２が流通している管路１の外側に、下流方向へ超音
波を送信する超音波センサー１５1 と受信用の下流側超
音波センサー９1 、上流方向へ超音波を送信する超音波
センサー１５2と受信用の上流側超音波センサー９
2 が、それぞれ互いに向かい合って超音波の経路交差す
るように配置されており、送信用の超音波センサー１５
1 ，１５2 はパルス発振器１４で駆動され、受信用の超
音波センサー９1 ，９2 からの信号は、トリガ出力器１
１によりパルス発振器１４と同期がとられた信号処理装
置１０で処理される。しかして、超音波センサー１５1
から発振された下流向きの超音波１３1 と超音波センサ
ー１５2 から発振された上流向きの超音波１３2 は、液
体２の流れのため伝播速度が異なり、その結果超音波１
３1 ，１３2 が送信側から受信側へ伝播する時間は、下
流方向と上流方向では異なるので、この下流方向と上流
方向の超音波の伝播時間の違いから液体２の流速が求め
られる。
【０００３】しかしながら、このような装置では、送信
用の超音波センサー１５1 ，１５2 及び受信用の超音波
センサー９1 ，９2 が管路１の外側に配置されているの
で、液体２の流速が管路１内の平均流速として得られ、
従って管路１内の任意位置の流速、更に空間的な流速分
布を得ることができない不具合がある。
用の超音波センサー１５1 ，１５2 及び受信用の超音波
センサー９1 ，９2 が管路１の外側に配置されているの
で、液体２の流速が管路１内の平均流速として得られ、
従って管路１内の任意位置の流速、更に空間的な流速分
布を得ることができない不具合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて提案されたもので、管路内の任意位置の液
体の流速が計測でき、ひいては空間的な流速分布を的確
に検出することができる超音波流速計を提供することを
目的とする。
事情に鑑みて提案されたもので、管路内の任意位置の液
体の流速が計測でき、ひいては空間的な流速分布を的確
に検出することができる超音波流速計を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、管
路内の液体中で超音波を発生させるための高出力のパル
スレーザー光を発振するパルスレーザー発振器と、パル
スレーザー光を集光させ上記液体中で焦点を結ばせるレ
ンズと、上記レンズを駆動しパルスレーザー光の焦点の
位置を変化させるレンズ駆動装置と、上記レンズの位置
を検出する位置検出器と、パルスレーザー光の焦点の下
流側と上流側の管路壁にそれぞれ配設され超音波を検出
する１対の超音波センサーと、上記１対の超音波センサ
ーの信号と位置検出器の信号から液体の流速を計算する
信号処理装置とを具えたことを特徴とする。
路内の液体中で超音波を発生させるための高出力のパル
スレーザー光を発振するパルスレーザー発振器と、パル
スレーザー光を集光させ上記液体中で焦点を結ばせるレ
ンズと、上記レンズを駆動しパルスレーザー光の焦点の
位置を変化させるレンズ駆動装置と、上記レンズの位置
を検出する位置検出器と、パルスレーザー光の焦点の下
流側と上流側の管路壁にそれぞれ配設され超音波を検出
する１対の超音波センサーと、上記１対の超音波センサ
ーの信号と位置検出器の信号から液体の流速を計算する
信号処理装置とを具えたことを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明超音波流速計においては、液体中に高出
力のパルスレーザーを集光して入射すると、液体中の焦
点の近傍では高磁気的な作用により分子運動が急激に励
起され、焦点近傍の液体は急速に膨張しパルス状の超音
波を誘起するので、超音波は集光されたパルスレーザー
光の焦点の位置から点音源として発生することになり、
従ってこの焦点の位置の流速が超音波センサーに計測さ
れる。
力のパルスレーザーを集光して入射すると、液体中の焦
点の近傍では高磁気的な作用により分子運動が急激に励
起され、焦点近傍の液体は急速に膨張しパルス状の超音
波を誘起するので、超音波は集光されたパルスレーザー
光の焦点の位置から点音源として発生することになり、
従ってこの焦点の位置の流速が超音波センサーに計測さ
れる。
【０００７】
【実施例】本発明超音波流速計の一実施例を図面につい
て説明すると、図１は本流速計の模式図、図２は同上流
速計による流速計測の要領を示す説明図、図３は同上に
おける超音波の伝播状態の説明図、図４は１次元空間の
流速分布の計測要領を示す説明図、図５は２次元空間の
流速分布の計測要領を示す説明図である。
て説明すると、図１は本流速計の模式図、図２は同上流
速計による流速計測の要領を示す説明図、図３は同上に
おける超音波の伝播状態の説明図、図４は１次元空間の
流速分布の計測要領を示す説明図、図５は２次元空間の
流速分布の計測要領を示す説明図である。
【０００８】図１において、管路１内には液体２が流通
しており、この管路１の適宜位置に窓３が設けられてい
る。窓３の外側に高出力のパルスレーザー発振器４が、
窓面に直交するパルスレーザー光５を発振するように配
置されている。また窓３とパルスレーザー発振器４との
間のパルスレーザー光５の光路上に絞り込みレンズ６が
配設されるとともに、この絞り込みレンズ６にレンズ駆
動装置７が連結され、そこには位置検出器８が付設され
ている。
しており、この管路１の適宜位置に窓３が設けられてい
る。窓３の外側に高出力のパルスレーザー発振器４が、
窓面に直交するパルスレーザー光５を発振するように配
置されている。また窓３とパルスレーザー発振器４との
間のパルスレーザー光５の光路上に絞り込みレンズ６が
配設されるとともに、この絞り込みレンズ６にレンズ駆
動装置７が連結され、そこには位置検出器８が付設され
ている。
【０００９】更に管路１の窓３に対向する側の下流位置
に下流側超音波センサー９1 が配置されるとともに、上
流位置に上流側超音波センサー９2 が配置され、両超音
波センサー９1 ，９2 の出力端が信号処理装置１０に接
続されており、またこの信号処理装置１０には上記位置
検出器８の出力端が接続され、なおトリガ出力器１１が
この信号処理装置１０と上記パルスレーザー発振器４と
に接続されている。
に下流側超音波センサー９1 が配置されるとともに、上
流位置に上流側超音波センサー９2 が配置され、両超音
波センサー９1 ，９2 の出力端が信号処理装置１０に接
続されており、またこの信号処理装置１０には上記位置
検出器８の出力端が接続され、なおトリガ出力器１１が
この信号処理装置１０と上記パルスレーザー発振器４と
に接続されている。
【００１０】このような装置において、高出力のパルス
レーザー発振器４より発振したパルスレーザー光５は絞
り込みレンズ６によって集光されて、窓３を通して管路
１内の液体２に入射され、液体２中で焦点１２を結ぶ。
焦点１２の位置はレンズ駆動装置７により変えることが
でき、その都度焦点１２の位置は位置検出器８により計
測される。焦点１２から発生した超音波１３は下流側超
音波センサー９1 と上流側超音波センサー９2 により検
出され、両超音波センサー９1 ，９2 で検出した信号
は、位置検出器８からの焦点１２の位置の情報ととも
に、トリガ出力器１１によりパルスレーザー発振器４と
同期をとられた信号処理装置１０に送られ処理される。
レーザー発振器４より発振したパルスレーザー光５は絞
り込みレンズ６によって集光されて、窓３を通して管路
１内の液体２に入射され、液体２中で焦点１２を結ぶ。
焦点１２の位置はレンズ駆動装置７により変えることが
でき、その都度焦点１２の位置は位置検出器８により計
測される。焦点１２から発生した超音波１３は下流側超
音波センサー９1 と上流側超音波センサー９2 により検
出され、両超音波センサー９1 ，９2 で検出した信号
は、位置検出器８からの焦点１２の位置の情報ととも
に、トリガ出力器１１によりパルスレーザー発振器４と
同期をとられた信号処理装置１０に送られ処理される。
【００１１】この超音波１３による流速計測の要領を図
２により詳細に説明すると、パルスレーザー光５の焦点
を点音源として発生する超音波１３は、下流側，上流側
へそれぞれ超音波１３1 ，超音波１３2 として伝播して
行き、下流側超音波センサー９1 と上流側超音波センサ
ー９2 とが焦点１２から等距離にあるとすると、図３に
示すように、下流側への超音波１３1 の伝播時間ｔ1 は
上流側への超音波１３2 の伝播時間ｔ2 よりも小さくな
る。そこで焦点１２と管路１壁との距離をｈ、焦点１２
から管路１壁への足と各超音波センサー９1 ，９2 との
間の距離をＬとすれば、液体２の流速Ｖは次の(1) 式で
得ることができ、信号処理装置１０により演算される。 Ｖ＝（1/t1−1/t2)・(h2＋L2)/L ・・・（１）
２により詳細に説明すると、パルスレーザー光５の焦点
を点音源として発生する超音波１３は、下流側，上流側
へそれぞれ超音波１３1 ，超音波１３2 として伝播して
行き、下流側超音波センサー９1 と上流側超音波センサ
ー９2 とが焦点１２から等距離にあるとすると、図３に
示すように、下流側への超音波１３1 の伝播時間ｔ1 は
上流側への超音波１３2 の伝播時間ｔ2 よりも小さくな
る。そこで焦点１２と管路１壁との距離をｈ、焦点１２
から管路１壁への足と各超音波センサー９1 ，９2 との
間の距離をＬとすれば、液体２の流速Ｖは次の(1) 式で
得ることができ、信号処理装置１０により演算される。 Ｖ＝（1/t1−1/t2)・(h2＋L2)/L ・・・（１）
【００１２】なお超音波１３の発生位置すなわち焦点１
２の位置は絞り込みレンズ６の位置により決定できるの
で、図４のように、絞り込みレンズ６を上下することで
パルスレーザー光５の入射中心線上の１次元空間の流速
分布が得られる。また図５のように、パルスレーザー光
５の入射方向を変えると２次元空間の流速分布が得られ
る。
２の位置は絞り込みレンズ６の位置により決定できるの
で、図４のように、絞り込みレンズ６を上下することで
パルスレーザー光５の入射中心線上の１次元空間の流速
分布が得られる。また図５のように、パルスレーザー光
５の入射方向を変えると２次元空間の流速分布が得られ
る。
【００１３】
【発明の効果】要するに本発明によれば、管路内の液体
中で超音波を発生させるための高出力のパルスレーザー
光を発振するパルスレーザー発振器と、パルスレーザー
光を集光させ上記液体中で焦点を結ばせるレンズと、上
記レンズを駆動しパルスレーザー光の焦点の位置を変化
させるレンズ駆動装置と、上記レンズの位置を検出する
位置検出器と、パルスレーザー光の焦点の下流側と上流
側の管路壁にそれぞれ配設され超音波を検出する１対の
超音波センサーと、上記１対の超音波センサーの信号と
位置検出器の信号から液体の流速を計算する信号処理装
置とを具えたことにより、管路内の任意位置の液体の流
速が計測でき、ひいては空間的な流速分布を的確に検出
することができる超音波流速計を得るから、本発明は産
業上極めて有益なものである。
中で超音波を発生させるための高出力のパルスレーザー
光を発振するパルスレーザー発振器と、パルスレーザー
光を集光させ上記液体中で焦点を結ばせるレンズと、上
記レンズを駆動しパルスレーザー光の焦点の位置を変化
させるレンズ駆動装置と、上記レンズの位置を検出する
位置検出器と、パルスレーザー光の焦点の下流側と上流
側の管路壁にそれぞれ配設され超音波を検出する１対の
超音波センサーと、上記１対の超音波センサーの信号と
位置検出器の信号から液体の流速を計算する信号処理装
置とを具えたことにより、管路内の任意位置の液体の流
速が計測でき、ひいては空間的な流速分布を的確に検出
することができる超音波流速計を得るから、本発明は産
業上極めて有益なものである。
【図１】本発明超音波流速計の一実施例の模式図であ
る。
る。
【図２】同上流速計による流速計測の要領を示す説明図
である。
である。
【図３】同上における超音波の伝播状態の説明図であ
る。
る。
【図４】１次元空間の流速分布の計測要領を示す説明図
である。
である。
【図５】２次元空間の流速分布の計測要領を示す説明図
である。
である。
【図６】従来の超音波流速計の模式図である。
１ 管路 ２ 液体 ３ 窓 ４ パルスレーザー発振器 ５ パルスレーザー光 ６ 絞り込みレンズ ７ レンズ駆動装置 ８ 位置検出器 ９1 下流側超音波センサー ９2 上流側超音波センサー 10 信号処理装置 11 トリガ出力器 12 焦点 13 , 131 , 132 超音波
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−147913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−45463（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−198869（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−20416（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01P 5/00 G01F 1/66 101
Claims (1)
- 【請求項１】 管路内の液体中で超音波を発生させるた
めの高出力のパルスレーザー光を発振するパルスレーザ
ー発振器と、パルスレーザー光を集光させ上記液体中で
焦点を結ばせるレンズと、上記レンズを駆動しパルスレ
ーザー光の焦点の位置を変化させるレンズ駆動装置と、
上記レンズの位置を検出する位置検出器と、パルスレー
ザー光の焦点の下流側と上流側の管路壁にそれぞれ配設
され超音波を検出する１対の超音波センサーと、上記１
対の超音波センサーの信号と位置検出器の信号から液体
の流速を計算する信号処理装置とを具えたことを特徴と
する超音波流速計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3118056A JP2846139B2 (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 超音波流速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3118056A JP2846139B2 (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 超音波流速計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0599941A JPH0599941A (ja) | 1993-04-23 |
| JP2846139B2 true JP2846139B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=14726927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3118056A Expired - Fee Related JP2846139B2 (ja) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | 超音波流速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2846139B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10012395B4 (de) | 2000-03-15 | 2010-04-29 | Abb Research Ltd. | Durchflussmesser |
| DE102005042792B3 (de) * | 2005-09-08 | 2007-05-31 | Rohde & Schwarz Ftk Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strömungsgeschwindigkeit und/oder Temperatur eines Fluides |
-
1991
- 1991-04-22 JP JP3118056A patent/JP2846139B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0599941A (ja) | 1993-04-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980922 |
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