JP2879368B2 - 流れ場の流動粒子観測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は流れ場の所定平面内における流動粒子の微少
時間中の位置変化を、スペックル写真として捕える、流
れ場の流動粒子観測装置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 微少な時間間隔で流動粒子の散乱光を多重露光させた
スペックル写真が得られれば、スペックル写真からヤン
グ縞法により所定平面上の所定時間内の流動粒子の移動
方向と移動量が求まるので、例えば空調用ダクトの内部
における平面的な気流の状態（流れ場の流速分布）を解
明できる。

ヤング縞法とは微少な間隔を存する２つの通孔を透過
した単波長の光をスクリーンに投影すると、スクリーン
に数条の干渉縞が現れるという原理に基づき、干渉縞の
並び方向と相互間隔とから流動粒子の流れの方向と速さ
が求まる。

本出願人の出願に係る特願平２−185127号に開示され
る流れ場の流動粒子観測装置によれば、２つのレーザ光
の交差角をθ、回転多面鏡の反射面の数をｎ、回転多面
鏡の回転数をＮ（rpm）とすると、２つのレーザ光が同
じ流動粒子を照射する時の時間間隔（時間差）ｔ（se
c）は、 ｔ＝60θ/2πNn で表され、単一のレーザ光を用いる装置よりも時間間隔
がθ/2πに短縮される。したがつて、反射面が１つだけ
の回転単面鏡でも、微少な時間間隔での流動粒子の位置
変化を捕えたスペックル写真が得られるから、高価な回
転多面鏡を必要とせず、従来よりも高速の流動粒子の流
れの状態を解明できる。

しかし、上述の流動粒子観測装置は、ハーフミラーを
透過して回転多面鏡へ真直ぐに進むレーザ光と、ハーフ
ミラーと反射鏡で反射して回転多面鏡へ進むレーザ光と
の交差角θの調節が厄介で、観測の準備に時間がかかる
という問題があつた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は上述の問題に鑑み、流れ場の流動粒子
の流れ速度に対応して、２つのレーザ光の交差角を容易
に調節し得る、流れ場の流動粒子観測装置を提供するこ
とにある。

［問題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の構成は、箱の端
壁外部に接続したレーザ光発振器と前記箱の内部底壁に
支持した回転鏡との間にハーフミラーを配設し、該ハー
フミラーで屈折するレーザ光の光軸方向に移動調節可能
の摺動台を前記箱の底壁に支持し、該摺動台に前記回転
鏡の回転軸と平行な支軸により反射鏡を回動調節可能に
支持し、前記ハーフミラーを透過したレーザ光と、前記
ハーフミラーを経て前記反射鏡で反射したレーザ光と
を、前記回転鏡のほぼ同じ点で流れ場へ反射させるレー
ザ光の出口を前記箱の側壁に備えたことを特徴とする。

［作用］ 本発明によれば、反射鏡を支持する摺動台をハーフミ
ラーでの屈折光の光軸にほぼ沿つて移動し、次いで反射
鏡を支軸と一緒に回動して、反射鏡の傾きを調節すれ
ば、反射鏡で反射したレーザ光と、ハーフミラーを透過
したレーザ光とが、回転多面鏡のほぼ同一点で交わり、
流れ場へ照射される２つの光の交差角を、流れ場の流れ
速度に対応した適正な値に調節できる。

［発明の実施例］ 第１図に示すように、本発明による流れ場の流動粒子
観測装置は、箱４の端壁に継手３を介して公知の例えば
アルゴンレーザ光などのレーザ光発振器２が接続され
る。レーザ光発振器２からのレーザ光は、箱４の底壁4d
に上下方向の軸10aにより支持した回転多面鏡10の反射
面12に当り、箱４の側壁4cの出口13を経て所要の流れ場
へ照射される。レーザ光発振器２からのレーザ光ａに対
し所定の交差角θをなすレーザ光ｂを得るために、レー
ザ光発振器２と回転多面鏡10との間に、ハーフミラー９
が配設される。ハーフミラー９は箱４の底壁4dに垂直に
固定される。回転多面鏡10の反射面12のレーザ光ａと同
じ照射点へ、ハーフミラー９からのレーザ光ｂを照射す
るために、反射鏡８がレーザ光ｂの光軸に沿つて摺動可
能の摺動台5aに、軸10aと平行な支軸７により回動可能
に支持される。摺動台5aは後述する案内壁に支持され、
かつ螺杆５に結合される。螺杆５は箱４の側壁4bの調節
ナツト14に螺合される。

第2,3図に示すように、箱４の天壁4aの内面に断面溝
形の案内壁16が結合され、案内壁16に沿つてブロツク状
の摺動台5aが摺動可能に支持される。摺動台5aに上下方
向の支軸７が回動可能に支持される。支軸７の下端は案
内壁16の底部に設けた長穴16aを貫通し、反射鏡８を支
持される。支軸７の上端は箱４の天壁4aの長穴18を貫通
し、レバー６を結合される。

螺杆５は側壁4bを貫通して外方へ突出され、調節ナツ
ト14を螺合される。調節ナツト14は袋状の押え15によ
り、側壁4bに軸方向移動不能かつ回動可能に支持され
る。好ましくは、押え15の端面に目盛板15aを設ける一
方、調節ナツト14に回転量を表す目盛を設ける。

次に、本発明による流れ場の流動粒子観測装置の作動
について説明する。レーザ光発振器２から発射されたレ
ーザ光は光分割器としてのハーフミラー９を透過し、半
量のレーザ光ａが直接回転多面鏡10の反射面12へ発射さ
れ、残る半量のレーザ光ｂはハーフミラー９で屈折して
反射鏡８に当り、反射面12の同一点へ発射される。した
がつて、回転多面鏡10の反射面12の同一点へ、交差角θ
を有する２つのレーザ光a,bが発射される。交差角θは
反射鏡８の位置と向きにより調整される。

反射面12で反射する照射光a1,b1は、回転多面鏡10の
回転に伴つて線a2,b2で表す向きへ連続的に変化する。
この間に各照射光が流れ場の流動粒子に当ると、照射光
a1,a2、b1,b2による散乱光とが写真撮影機の感光面に二
重に露光される。

前述したヤング縞法により２つの照射光a1,a2、b1,b2
の走査時間内における流動粒子の移動変化から、流動粒
子の速さと方向が求まる。２つのレーザ光a,bの交差角
θは、流れ場の流動粒子の速さに対応して調節する。例
えば、交差角θを大きくする場合は、調節ナツト14を回
転して螺杆５を左方へ螺動し、摺動台5aと一緒に反射鏡
８を左方へ平行移動させる。この操作だけでは、レーザ
光ｂは反射面12のレーザ光ａと同じ点に当らなくなる。
そこで、第１図において、レバー６により支軸７と一緒
に反射鏡８を反時計方向へ回転する。レーザ光ａとレー
ザ光ｂとが反射面12の同じ点に当るか否かは、箱４の天
壁4aに設けた窓17から目視により確められる。しかし、
予め実験的に交差角θに対応する目盛を求め、目盛板15
aに指示しておけば、交差角θの調整は簡単になる。

図示の実施例では、回転多面鏡10が正多角形の反射面
12を備えているが、単一の反射面を有する回転鏡でもよ
い。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、箱の端壁外部に接続したレー
ザ光発振器と前記箱の内部底壁に支持した回転鏡との間
にハーフミラーを配設し、該ハーフミラーで屈折するレ
ーザ光の光軸方向に移動調節可能の摺動台を前記箱の底
壁に支持し、該摺動台に前記回転鏡の回転軸と平行な支
軸により反射鏡を回動調節可能に支持し、前記ハーフミ
ラーを透過したレーザ光と、前記ハーフミラーを経て前
記反射鏡で反射したレーザ光とを、前記回転鏡のほぼ同
じ点で流れ場へ反射させるレーザ光の出口を前記箱の側
壁に備えたものであり、２つのレーザ光の交差角の調節
が容易であるから、ハーフミラーと反射鏡の面積を狭く
できる。ハーフミラーと反射鏡はレーザ光の光軸の太さ
の数倍の直径で十分であり、装置の小形化が可能にな
り、携帯が容易になる。

回転鏡、ハーフミラー、反射鏡は箱の内部に配設さ
れ、箱を倒しても何ら問題はなく、流れ場に対し箱を傾
けることにより、照射光の向きを上下・左右何れの方向
にも変えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る流れ場の流動粒子観測装置の概略
構成を示す平面図、第２図は同正面断面図、第３図は同
平面断面図である。 2:レーザ光発振器、4:箱、5a:摺動台、7:支軸、8:反射
鏡、9:ハーフミラー、10:回転多面鏡、10a:軸、13:出
口、16:案内壁

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Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】箱の端壁外部に接続したレーザ光発振器と
   前記箱の内部底壁に支持した回転鏡との間にハーフミラ
   ーを配設し、該ハーフミラーで屈折するレーザ光の光軸
   方向に移動調節可能の摺動台を前記箱の底壁に支持し、
   該摺動台に前記回転鏡の回転軸と平行な支軸により反射
   鏡を回動調節可能に支持し、前記ハーフミラーを透過し
   たレーザ光と、前記ハーフミラーを経て前記反射鏡で反
   射したレーザ光とを、前記回転鏡のほぼ同じ点で流れ場
   へ反射させるレーザ光の出口を前記箱の側壁に備えたこ
   とを特徴とする、流れ場の流動粒子観測装置。