JP3018178B1 - Method and apparatus for measuring bubbles using optical fiber probe - Google Patents
Method and apparatus for measuring bubbles using optical fiber probeInfo
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Abstract
【要約】
【課題】 気体と液体あるいは気体、液体及び微小固体
粒子の混在する流動現象を装置内に有する全ての産業機
器に対して、その機器内における種々の気泡運動を高精
度に計測する方法及び装置を提供する。
【解決手段】 ファイバー軸に垂直な方向に対して傾斜
している端面を有する光ファイバーを気泡検出用プロー
ブとして用い、該光ファイバー内を通して端面側に光を
供給し、被検体である気泡が該光ファイバーの端面を通
過する際の同端面で反射される光量の変化を計測し、そ
の計測結果に基づいて該気泡の並進速度、界面速度、気
泡弦長及び／又は気泡体積率を同時に求めることを特徴
とする光ファイバープローブによる気泡計測方法。Kind Code: A1 Abstract: A method for measuring, with high accuracy, various bubble movements in an industrial apparatus having a flow phenomenon in which a gas and a liquid or a mixture of a gas, a liquid, and a fine solid particle are present in the apparatus. And an apparatus. SOLUTION: An optical fiber having an end face inclined with respect to a direction perpendicular to a fiber axis is used as a bubble detection probe, light is supplied to the end face side through the optical fiber, and a bubble as an object is generated by the optical fiber. Measuring the change in the amount of light reflected by the end surface when passing through the end surface, and simultaneously calculating the translation speed, interface speed, bubble chord length and / or bubble volume ratio of the bubble based on the measurement result. Bubble measurement method using an optical fiber probe.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラー蒸発管、
原子炉蒸発管、バイオリアクター、気液反応装置等の気
体と液体あるいは気体、液体及び微小固体粒子の混在す
る流動現象を装置内に有する全ての産業機器に対して、
その機器内における気泡の並進速度、界面速度、気泡弦
長及び気泡体積率を同時かつ高精度に計測する方法及び
装置に関するものである。The present invention relates to a boiler evaporator tube,
For all industrial equipment such as reactor evaporator tubes, bioreactors, gas-liquid reactors, etc., which have flow phenomena in which gas and liquid or gas, liquid and fine solid particles are mixed,
The present invention relates to a method and apparatus for simultaneously and highly accurately measuring the translation speed, interface speed, bubble chord length, and bubble volume ratio of bubbles in the device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】気泡検出用プローブとして光ファイバー
を用いる従来の気泡計測方法は、（ａ）端面を垂直に切
り落とした光ファイバーを用いるか、（ｂ）端部をコー
ン状に形成した光ファイバーを用いるものであり、いず
れも気泡体積率のみを測定するものであった。また、
（ｃ）上記（ａ）及び（ｂ）の光ファイバーを複数本組
み合わせることにより、気泡の並進速度、気泡弦長及び
気泡体積率を同時に計測する方式、並びに（ｄ）複数の
電極を用いる電気抵抗法によって気泡の並進速度、気泡
弦長及び気泡体積率を同時に計測する方式もあった。し
かし、ただ１本の光ファイバープローブあるいは電気抵
抗プローブにより気泡界面速度、気泡並進速度、気泡弦
長及び気泡体積率を同時に計測し得る方法はなかった。2. Description of the Related Art A conventional bubble measuring method using an optical fiber as a bubble detecting probe is either (a) using an optical fiber having an end face cut off vertically or (b) using an optical fiber having an end formed in a cone shape. In each case, only the bubble volume ratio was measured. Also,
(C) a method of simultaneously measuring the translation speed, bubble chord length, and bubble volume ratio of bubbles by combining a plurality of the optical fibers (a) and (b), and (d) an electric resistance method using a plurality of electrodes. There is also a method for simultaneously measuring the translation speed, bubble chord length, and bubble volume ratio of bubbles. However, there is no method capable of simultaneously measuring the bubble interface speed, the bubble translation speed, the bubble chord length, and the bubble volume ratio using only one optical fiber probe or electric resistance probe.
【０００３】被検体である気泡が光ファイバーに接触す
ると気泡変形と運動方向の変化が発生するため、計測さ
れた気泡体積率あるいは気泡並進速度、気泡弦長にはこ
れらの影響が出現する。したがって、計測された気泡体
積率あるいは気泡並進速度、気泡弦長は正しい値とはな
らない。これを補正して正しい値を得るには、気泡界面
の移動速度を知る必要がある。しかし、上記（ａ）ない
し（ｄ）の方法においては、気泡界面の移動速度に関す
る情報が欠落するため、計測された気泡体積率あるいは
気泡並進速度、気泡弦長を補正し、正しい値を得ること
は不可能である。以上のように、上記従来の方式は、計
測精度上重大な欠陥を有していると判断せざるを得な
い。[0003] When a bubble as an object comes into contact with an optical fiber, the deformation of the bubble and the change in the direction of movement occur, and these effects appear on the measured bubble volume ratio, bubble translation speed, and bubble chord length. Therefore, the measured bubble volume ratio, bubble translation speed, and bubble chord length are not correct values. In order to correct this and obtain a correct value, it is necessary to know the moving speed of the bubble interface. However, in the above methods (a) to (d), information on the moving speed of the bubble interface is missing, so that the measured bubble volume ratio, bubble translation speed, and bubble chord length are corrected to obtain correct values. Is impossible. As described above, the conventional method has to be determined to have a serious defect in measurement accuracy.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる技術的
課題は、気体と液体あるいは気体、液体及び微小固体粒
子の混在する流動現象を装置内に有する全ての産業機器
に対して、その機器内における種々の気泡運動を高精度
に計測する方法及び装置を提供することにある。また、
本発明の更に具体的な技術的課題は、気泡界面速度を計
測すると同時に、この気泡界面速度情報を気泡の並進速
度、気泡弦長及び気泡体積率の補正に利用して、気泡の
界面速度、並進速度、気泡弦長及び気泡体積率を単一の
気泡検出プローブにより同時かつ高精度に計測する簡単
で低コストな手段を得ることにある。The main technical problem of the present invention is that all industrial equipment having a flow phenomenon in which a gas and a liquid or a mixture of a gas, a liquid and fine solid particles are present in an apparatus is provided in the equipment. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for measuring various bubble motions at high accuracy. Also,
A more specific technical problem of the present invention is to measure the bubble interface speed, and at the same time, use this bubble interface speed information for correction of the bubble translation speed, bubble chord length and bubble volume ratio, and the interface speed of bubbles, It is an object of the present invention to provide a simple and low-cost means for simultaneously and highly accurately measuring a translation speed, a bubble chord length, and a bubble volume ratio with a single bubble detection probe.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに
至った。即ち、本発明によれば、ファイバー軸に垂直な
方向に対して傾斜している端面を有する光ファイバーを
気泡検出用プローブとして用い、該光ファイバー内を通
して端面側に光を供給し、被検体である気泡が該光ファ
イバーの端面を通過する際の同端面で反射される光量の
変化を計測し、その計測結果に基づいて該気泡の並進速
度、界面速度、気泡弦長及び／又は気泡体積率を同時に
求めることを特徴とする光ファイバープローブによる気
泡計測方法が提供される。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, have completed the present invention. That is, according to the present invention, an optical fiber having an end surface that is inclined with respect to a direction perpendicular to the fiber axis is used as a probe for detecting bubbles, light is supplied to the end surface side through the optical fiber, and a bubble as an object is detected. Measures the change in the amount of light reflected at the end face of the optical fiber when passing through the end face of the optical fiber, and simultaneously calculates the translation speed, interface velocity, bubble chord length, and / or bubble volume ratio of the bubble based on the measurement result. A method for measuring bubbles using an optical fiber probe is provided.
【０００６】また、本発明によれば、ファイバー軸に垂
直な方向に対して傾斜している端面を有する少なくとも
１本の気泡検出用光ファイバーと、該光ファイバー内を
通して端面側に光を供給するための光源と、被検体であ
る気泡が該光ファイバーの端面を通過する際に該端面か
ら反射される光量を計測する光量計測手段と、該光量計
測手段により得られた計測結果に基づいて該気泡の並進
速度、界面速度、気泡弦長及び／又は気泡体積率を同時
に演算して求める演算手段とを具備することを特徴とす
る光ファイバープローブによる気泡計測装置が提供され
る。According to the present invention, at least one bubble detecting optical fiber having an end surface inclined with respect to a direction perpendicular to the fiber axis, and a light source for supplying light to the end surface through the optical fiber. A light source, light amount measuring means for measuring the amount of light reflected from the end surface of the optical fiber when the air bubble as an object passes through the end surface of the optical fiber, and translation of the air bubble based on the measurement result obtained by the light amount measuring unit Calculating means for simultaneously calculating and calculating a velocity, an interface velocity, a bubble chord length, and / or a bubble volume ratio.
【０００７】上記構成を有する方法及び装置によって、
単一気泡検出用光ファイバープローブを気液二相流ある
いは気液固三相流を持つ装置内に挿入することにより、
装置内における局所の気泡界面速度、気泡並進速度、気
泡弦長及び気泡体積率のプロファイルを計測することが
でき、また本プローブをトラバースさせることにより装
置断面における気泡界面速度、気泡並進速度、気泡弦長
及び気泡体積率のプロファイルを計測することができ
る。[0007] By the method and the apparatus having the above configuration,
By inserting an optical fiber probe for single bubble detection into a device with gas-liquid two-phase flow or gas-liquid three-phase flow,
The profile of the local bubble interface velocity, bubble translation velocity, bubble chord length and bubble volume fraction in the apparatus can be measured. By traversing this probe, the bubble interface velocity, bubble translation velocity, and bubble chord in the cross section of the apparatus can be measured. Long and volume fraction profiles can be measured.
【０００８】本発明で気泡検出用プローブとして用いる
光ファイバーの先端、即ち気泡検出端部における端面
は、図１に示すように、ファイバー軸に垂直な方向に対
して傾斜するように形成されている。該端面とファイバ
ー軸のなす角度は１０〜４０度、好ましくは２０〜３０
度であり、その上限値は４５度程度、その下限値は５度
程度である。上記角度が上限値を越えると気泡径の計測
精度が低下することとなり、また下限値より小さいと気
泡検知信号にノイズが発生することとなる。同光ファイ
バーの反対側端部、即ち光入出力側端部における端面は
ファイバー軸に対して垂直に形成される。光ファイバー
の径は０．０５〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１〜０．
２ｍｍである。The tip of the optical fiber used as the bubble detecting probe in the present invention, that is, the end face at the bubble detecting end is formed so as to be inclined with respect to the direction perpendicular to the fiber axis, as shown in FIG. The angle between the end face and the fiber axis is 10 to 40 degrees, preferably 20 to 30 degrees.
The upper limit is about 45 degrees, and the lower limit is about 5 degrees. If the angle exceeds the upper limit, the measurement accuracy of the bubble diameter decreases, and if the angle is smaller than the lower limit, noise occurs in the bubble detection signal. The opposite end of the optical fiber, that is, the end face at the optical input / output end, is formed perpendicular to the fiber axis. The diameter of the optical fiber is 0.05 to 0.5 mm, preferably 0.1 to 0.5 mm.
2 mm.
【０００９】本光ファイバープローブの光入出力側端面
には、図２に示すように、光源用光ファイバー及び反射
光用光ファイバーの２本の光ファイバーが突き合わせ接
合される。光源用光ファイバーは適当な光源に接続され
る。一方、反射光用光ファイバーは光量計測手段に接続
される。上記光源としては、ハロゲン光源、レーザー光
源、キセノン光源等の各種光源を用いることができる。
また、上記光量計測手段としては、反射光量を計測しう
るものであれば適宜のものを使用することができ、例え
ば光電子増倍管、フォトトランジスター等が使用され
る。As shown in FIG. 2, two optical fibers, a light source optical fiber and a reflected light optical fiber, are butt-joined to the optical input / output end face of the optical fiber probe. The light source optical fiber is connected to a suitable light source. On the other hand, the optical fiber for reflected light is connected to the light quantity measuring means. Various light sources such as a halogen light source, a laser light source, and a xenon light source can be used as the light source.
As the light quantity measuring means, any means can be used as long as it can measure the reflected light quantity. For example, a photomultiplier tube, a phototransistor, or the like is used.
【００１０】本光ファイバープローブは、気液二相流あ
るいは気液固三相流の主流方向に対して並行に設置して
使用される。本光ファイバープローブの気泡検出端面が
液体中にある場合には、光源用光ファイバーを経由して
本光ファイバープローブを進行する光は気泡検出端面か
ら液体中に放射される。したがって、気泡検出端面で反
射される光は無く、反射光用光ファイバーの光電子増倍
管側端面は暗い。本光ファイバープローブ上流から進ん
できた気泡が本光ファイバープローブの先端に接触する
と、気泡は本光ファイバープローブの切断面を徐々に覆
うから、本光ファイバープローブ気泡検出端面で反射さ
れる光量が徐々に増加する。即ち反射光用光ファイバー
の光電子増倍管側端面は徐々に明度を増加させる。本光
ファイバープローブの気泡検出端面が完全に気泡で覆わ
れると気泡検出端面で反射される光量は一定となるた
め、反射光用光ファイバーの光電子増倍管側端面の明度
は一定となる。この後、気泡が気泡検出端面から完全に
離脱すると光電子増倍管側端面の明度は急激に減少す
る。The present optical fiber probe is installed and used in parallel with the main flow direction of a gas-liquid two-phase flow or a gas-liquid three-phase flow. When the bubble detection end face of the present optical fiber probe is in the liquid, light traveling through the present optical fiber probe via the light source optical fiber is emitted into the liquid from the bubble detection end face. Therefore, no light is reflected at the bubble detection end face, and the end face of the optical fiber for reflected light on the photomultiplier tube side is dark. When the air bubble that has advanced from the upstream of the present optical fiber probe comes into contact with the tip of the present optical fiber probe, the air bubble gradually covers the cut surface of the present optical fiber probe, so that the amount of light reflected by the air fiber probe air bubble detection end surface gradually increases. That is, the brightness of the end face of the optical fiber for reflected light on the photomultiplier tube side gradually increases. When the bubble detection end face of the present optical fiber probe is completely covered with bubbles, the amount of light reflected by the bubble detection end face becomes constant, and thus the brightness of the photomultiplier tube side end face of the reflected light optical fiber becomes constant. Thereafter, when the bubbles are completely separated from the bubble detection end face, the brightness of the photomultiplier tube side end face sharply decreases.
【００１１】上記光量の時間増加率（勾配）は気泡界面
速度に比例する。また、鋭い傾斜端面としたことにより
気泡の変形は気泡弦長の１％以下となり、光ファイバー
プローブと気泡との接触による界面変形は無視小と扱え
る。したがって、光電子増倍管側端面の明度が増加し始
めた時間と明度が一定となった時間との差をΔｔ1、本
光ファイバープローブ気泡検出端面の長さをＬ1とすれ
ば、気泡界面速度Ｕ1は、 Ｕ1＝Ｌ1／Δｔ1 となる。次に、明度が一定となった時間と明度が急激に
減少し始める時間との時間差をΔｔ2とする。鋭い傾斜
端面としたことにより上記のとおり気泡とプローブとの
接触による気泡界面運動への影響は無視できるから、気
泡並進速度と計測された気泡界面速度Ｕ1とは等しい。
また、このΔｔ2間の気泡移動距離は気泡弦長ＬBに等し
い。よって、 ＬB＝Ｕ1Δｔ2 となる。すなわち、本光ファイバープローブただ1本で
気泡界面速度、気泡並進速度及び気泡弦長を計測するこ
とができる。当然ながら、気泡体積率は本光ファイバー
プローブ傾斜端面が気泡に覆われていた時間の総和と全
計測時間長との比として求めることができる。上記の各
演算は、パーソナルコンピュータ等公知の演算手段を用
いて演算させることができる。The rate of increase (gradient) of the amount of light is proportional to the bubble interface speed. In addition, the sharp inclined end surface causes the bubble deformation to be 1% or less of the bubble chord length, and the interface deformation caused by the contact between the optical fiber probe and the bubble can be treated as negligible. Therefore, if the difference between the time when the brightness of the photomultiplier tube side end face starts increasing and the time when the brightness becomes constant is Δt 1 , and the length of the optical fiber probe bubble detection end face is L 1 , the bubble interface velocity U 1 becomes U 1 = L 1 / Δt 1 . Next, a time difference between the time when the brightness becomes constant and the time when the brightness starts to decrease rapidly is defined as Δt 2 . Since the influence of the bubble interfacial motion due to contact between the bubble and the probe as described above by the sharp inclined end face is negligible, equal to the bubble interface velocity U 1 that is measured with bubbles translational speed.
Further, the bubbles travel distance between this Delta] t 2 is equal to the bubble chord length L B. Therefore, L B = U 1 Δt 2 . That is, the bubble interface velocity, bubble translation velocity, and bubble chord length can be measured with only one optical fiber probe. Naturally, the bubble volume ratio can be obtained as the ratio of the total time during which the inclined end face of the present optical fiber probe is covered with bubbles to the total measurement time length. Each of the above calculations can be performed using known calculation means such as a personal computer.
【００１２】上記では、光ファイバープローブ１本のみ
で気泡に関する各種データを求める場合を説明したが、
本発明によれば、図５に示すように、複数本の光ファイ
バープローブを結合させて計測を行うこともできる。こ
のようにすると、同一気泡における複数の界面速度及び
複数の気泡弦長を同時に求めることが可能となる。In the above description, a case was described in which various data on bubbles were obtained with only one optical fiber probe.
According to the present invention, as shown in FIG. 5, it is also possible to perform measurement by connecting a plurality of optical fiber probes. In this way, it is possible to simultaneously obtain a plurality of interface velocities and a plurality of bubble chord lengths for the same bubble.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施の形態
を実施例に基づき説明する。図１は、本発明に係る気泡
計測装置に用いる気泡検出用光ファイバーの構造を示す
もので、上側がその側面図、下側がその平面図である。
図中１は気泡検出用光ファイバーであり、本例ではその
検出端２は傾斜端面、即ち端面とファイバー軸のなす角
度θが３０度に鋭く切断して形成されている。一方、気
泡検出用光ファイバー１の反対側端３はその端面とファ
イバー軸のなす角度が９０度に形成されている。本例で
気泡検出用光ファイバー１の径は２５０μｍ程度であ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, preferred embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 shows the structure of an optical fiber for air bubble detection used in the air bubble measuring device according to the present invention. The upper side is a side view, and the lower side is a plan view.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an optical fiber for detecting bubbles. In this example, the detection end 2 is formed by cutting the inclined end face, that is, the angle θ between the end face and the fiber axis sharply to 30 degrees. On the other hand, the opposite end 3 of the bubble detecting optical fiber 1 has an angle of 90 degrees between the end face and the fiber axis. In this example, the diameter of the bubble detecting optical fiber 1 is about 250 μm.
【００１４】図１に示した気泡検出用光ファイバー１
は、例えば図２に示すように、光源用光ファイバー４及
び反射光用光ファイバー５と突き合わせて固定すること
により、接合される。これにより、光源６からの光が光
源用光ファイバー４を通り、気泡検出用光ファイバー１
の検出端２の端面で反射され、その反射光が反射光用光
ファイバー５を通り、光電子増倍管７に入り、その光量
が計測される。ここで計測した光量の信号処理系の一例
を概略ブロック図で図３に示す。図中１１は光電子増倍
管（７）、１２は出力アンプ及び高圧直流印加回路、１
３は電磁シールド、１４は反射光用光ファイバー
（５）、１５はアンプ電源、１６は直流高圧、１７はＡ
／Ｄ変換器、１８はパーソナルコンピュータである。Optical fiber 1 for detecting bubbles shown in FIG.
For example, as shown in FIG. 2, the optical fibers are joined by being fixed to the optical fiber for light source 4 and the optical fiber for reflected light 5. As a result, light from the light source 6 passes through the optical fiber 4 for the light source, and the optical fiber 1 for detecting bubbles.
The reflected light is reflected by the end face of the detection end 2 and the reflected light passes through the reflected light optical fiber 5 and enters the photomultiplier tube 7 where the light quantity is measured. FIG. 3 is a schematic block diagram showing an example of a signal processing system of the measured light amount. In the figure, 11 is a photomultiplier tube (7), 12 is an output amplifier and a high-voltage DC application circuit, 1
3 is an electromagnetic shield, 14 is an optical fiber for reflected light (5), 15 is an amplifier power supply, 16 is a DC high voltage, and 17 is A
The / D converter 18 is a personal computer.
【００１５】気泡検出用光ファイバー１は、図４に示す
ように、円弧状のステンレス鋼製等の細管８内に挿入し
て使用することが好ましい。また、気泡検出用光ファイ
バー１は、気液二相流あるいは気液固三相流の主流速度
の方向と平行にかつ気泡検出端面を上流側に向けて設
置、使用する。As shown in FIG. 4, it is preferable that the bubble detecting optical fiber 1 is used by being inserted into an arcuate thin tube 8 made of stainless steel or the like. The bubble detecting optical fiber 1 is installed and used in parallel with the direction of the main flow velocity of the gas-liquid two-phase flow or the gas-liquid solid three-phase flow and with the bubble detection end face facing upstream.
【００１６】また、図１に示した気泡検出用光ファイバ
ー１を図５に示すように、複数本、結合させて配置し、
プローブ２１とすれば、気泡２２の各部分の弦長を計測
することができる。これによりさらに高精度な気泡計測
が可能となり、また気泡各部の弦長が計測できるから気
泡形状までも計測できるようになる。Further, as shown in FIG. 5, a plurality of the optical fibers 1 for detecting air bubbles shown in FIG.
If the probe 21 is used, the chord length of each part of the bubble 22 can be measured. As a result, more accurate bubble measurement can be performed, and since the chord length of each part of the bubble can be measured, the bubble shape can be measured.
【００１７】次に、本発明の実験例及び計測例を示す。
実験では、外径２５０μｍのプラスティック製光ファイ
バーを加工して、θ＝３０度の傾斜端面を有する光ファ
イバープローブを製作した。このプローブを用いて、形
状、サイズが既知の微小気泡（球等価径３．５ｍｍ、長
軸長４．５２ｍｍ、短軸長２．４５ｍｍ、プローブ通過
位置弦長２．２１ｍｍ、気泡界面速度０．２６４ｍ／
ｓ、気泡並進速度０．２６５ｍ／ｓ）の計測を行った。
その結果、本プローブによる計測値は、プローブ通過位
置弦長２．２８ｍｍ、気泡並進速度０．２４７ｍ／ｓ、
気泡界面速度０．２４７ｍ／ｓとなり、極めて良く一致
していることが確認された。また、気泡と本プローブと
の接触過程を高速ビデオカメラと長距離顕微鏡とを併用
して可視化観察したところ、プローブとの接触による気
泡界面の変形は極めて小さく弦長に対して１％以下であ
ることが確認された。Next, experimental examples and measurement examples of the present invention will be described.
In the experiment, a plastic optical fiber having an outer diameter of 250 μm was processed to produce an optical fiber probe having an inclined end surface at θ = 30 °. Using this probe, microbubbles of known shape and size (sphere equivalent diameter 3.5 mm, long axis length 4.52 mm, short axis length 2.45 mm, probe passage position chord length 2.21 mm, bubble interface velocity 0.2 mm). 264m /
s, bubble translation speed 0.265 m / s).
As a result, the measurement values obtained by the present probe were as follows: chord length 2.28 mm at the probe passage position, bubble translation speed 0.247 m / s,
The bubble interface speed was 0.247 m / s, and it was confirmed that they corresponded very well. In addition, when the contact process between the bubble and the probe was visualized and observed using a high-speed video camera and a long-distance microscope, the deformation of the bubble interface due to the contact with the probe was extremely small and 1% or less of the chord length. It was confirmed that.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、従来複数のプローブを使用しなければ測定すること
ができなかった気泡界面速度、気泡並進速度及び気泡弦
長を、１本の気泡検出用光ファイバーにより計測できる
ことができ、化学反応装置、バイオ反応装置、ボイラ
ー、原子炉等、気液二相流や気液固三相流を有する工業
装置内における気泡計測を高精度かつ簡便に行うことが
できる。As described above in detail, according to the present invention, the bubble interface velocity, the bubble translation velocity and the bubble chord length, which could not be measured without using a plurality of probes in the past, are one. High accuracy and simple measurement of bubbles in industrial equipment with gas-liquid two-phase flow or gas-liquid-solid three-phase flow such as chemical reactors, bioreactors, boilers, nuclear reactors, etc. Can be done.
【図１】本発明に係る気泡検出用光ファイバーの構造を
示す図である。FIG. 1 is a view showing the structure of an optical fiber for detecting bubbles according to the present invention.
【図２】本発明に係る気泡検出用光ファイバーを光源用
光ファイバー及び反射光用光ファイバーと接続する手法
の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a method of connecting the optical fiber for bubble detection according to the present invention to an optical fiber for a light source and an optical fiber for reflected light.
【図３】気泡検出用光ファイバーで検出した光量の信号
処理系を概略的に示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram schematically showing a signal processing system of the amount of light detected by the optical fiber for bubble detection.
【図４】気泡検出用光ファイバーの気泡測定における設
置方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an installation method for measuring bubbles in an optical fiber for detecting bubbles.
【図５】複数の気泡検出用光ファイバーを組み合わせて
用いた場合の気泡形状測定方法の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a bubble shape measuring method when a plurality of bubble detecting optical fibers are used in combination.
１ 気泡検出用光ファイバー ２ 検出端 ３ 反対側端 ４ 光源用光ファイバー ５ 反射光用光ファイバー ６ 光源 ７ 光電子倍増管 １１ 光電子増倍管 １２ 出力アンプ及び高圧直流印加回路 １３ 電磁シールド １４ 反射光用光ファイバー １５ アンプ電源 １６ 直流高圧 １７ Ａ／Ｄ変換器 １８ パーソナルコンピュータ ２１ プローブ ２２ 気泡 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber for bubble detection 2 Detection end 3 Opposite end 4 Optical fiber for light source 5 Optical fiber for reflected light 6 Light source 7 Photomultiplier tube 11 Photomultiplier tube 12 Output amplifier and high-voltage DC application circuit 13 Electromagnetic shield 14 Optical fiber for reflected light 15 Amplifier Power supply 16 DC high voltage 17 A / D converter 18 Personal computer 21 Probe 22 Bubbles
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 5/00 G01B 11/08 G01N 21/41 G02B 6/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01P 5/00 G01B 11/08 G01N 21/41 G02B 6/10
Claims (3)
している端面を有する光ファイバーを気泡検出用プロー
ブとして用い、 該光ファイバー内を通して端面側に光を供給し、 被検体である気泡が該光ファイバーの端面を通過する際
の同端面で反射される光量の変化を計測し、 その計測結果に基づいて該気泡の並進速度、界面速度、
気泡弦長及び／又は気泡体積率を同時に求めることを特
徴とする光ファイバープローブによる気泡計測方法。An optical fiber having an end surface inclined with respect to a direction perpendicular to a fiber axis is used as a probe for detecting bubbles, light is supplied to the end surface side through the optical fiber, and a bubble as an object is detected by the optical fiber. The change in the amount of light reflected by the end surface when passing through the end surface of the is measured, and based on the measurement result, the translation speed of the bubble, the interface speed,
A bubble measuring method using an optical fiber probe, wherein a bubble chord length and / or a bubble volume ratio are simultaneously determined.
い、同一気泡における複数の界面速度及び複数の気泡弦
長を同時に求めることを特徴とする請求項１に記載の気
泡計測方法。2. The bubble measuring method according to claim 1, wherein a plurality of the optical fibers are connected to each other, and a plurality of interface velocities and a plurality of bubble chord lengths in the same bubble are simultaneously obtained.
している端面を有する少なくとも１本の気泡検出用光フ
ァイバーと、 該光ファイバー内を通して端面側に光を供給するための
光源と、 被検体である気泡が該光ファイバーの端面を通過する際
に該端面から反射される光量を計測する光量計測手段
と、 該光量計測手段により得られた計測結果に基づいて該気
泡の並進速度、界面速度、気泡弦長及び／又は気泡体積
率を同時に演算して求める演算手段とを具備することを
特徴とする光ファイバープローブによる気泡計測装置。3. An air bubble detecting optical fiber having an end surface inclined with respect to a direction perpendicular to the fiber axis, a light source for supplying light to the end surface side through the optical fiber, Light amount measuring means for measuring the amount of light reflected from the end face when a certain bubble passes through the end face of the optical fiber; translational speed, interface speed, and air bubble of the bubble based on the measurement result obtained by the light quantity measuring means Calculating means for simultaneously calculating a chord length and / or a bubble volume ratio.
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