JP3240595B2 - 流体の流速分布計測方法及び装置 - Google Patents
流体の流速分布計測方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、海洋等のように深さ
方向で速度の異なる流速分布を計測する流体の流速分布
計測方法及び装置に関する。
方向で速度の異なる流速分布を計測する流体の流速分布
計測方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを用いて流体の流速を計測す
る方法として、例えば光ファイバファブリ・ペロー干渉
計型流速計が「光ファイバセンサ」（大越孝教編著）
（オーム社、昭６１．７．３０）のＰ．１８２〜１８７
に示されている。この流速計は、図５に示すように、計
測しようとする流体の流れる管路に直交して挿通した光
ファイバの一端に鏡を取付け、他端はハーフミラーとし
て作用するビームスプリッタを配置して鏡とハーフミラ
ー間で光の共振器を形成したものから成る。１はレーザ
光源、２はビームスプリッタ、３、８はレンズ、４は単
一モード光ファイバ、５は管体、６は鏡、７は固定点、
９は受光器、１０は信号処理部である。
る方法として、例えば光ファイバファブリ・ペロー干渉
計型流速計が「光ファイバセンサ」（大越孝教編著）
（オーム社、昭６１．７．３０）のＰ．１８２〜１８７
に示されている。この流速計は、図５に示すように、計
測しようとする流体の流れる管路に直交して挿通した光
ファイバの一端に鏡を取付け、他端はハーフミラーとし
て作用するビームスプリッタを配置して鏡とハーフミラ
ー間で光の共振器を形成したものから成る。１はレーザ
光源、２はビームスプリッタ、３、８はレンズ、４は単
一モード光ファイバ、５は管体、６は鏡、７は固定点、
９は受光器、１０は信号処理部である。
【０００３】この流速計では、管路内に挿通された光フ
ァイバ４の柱体を流体が横切る際に光ファイバ４の後方
に生じるカルマン渦の振動を利用しており、光ファイバ
４はカルマン渦により発生した振動で揚力を受け、この
ため伝播される光は屈折率の変化による位相変調が生
じ、ビームスプリッタ２を通り受光器９で受光した光の
位相変化の周波数を信号処理部１０で検知し、これによ
り流速を計測する。
ァイバ４の柱体を流体が横切る際に光ファイバ４の後方
に生じるカルマン渦の振動を利用しており、光ファイバ
４はカルマン渦により発生した振動で揚力を受け、この
ため伝播される光は屈折率の変化による位相変調が生
じ、ビームスプリッタ２を通り受光器９で受光した光の
位相変化の周波数を信号処理部１０で検知し、これによ
り流速を計測する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の流速計では流速は１つの管路に対して１点しか測定で
きないものであり、例えば海洋等における海流のように
深さ方向に連続して変化する流速を分布流速として測定
することはできないという問題がある。
の流速計では流速は１つの管路に対して１点しか測定で
きないものであり、例えば海洋等における海流のように
深さ方向に連続して変化する流速を分布流速として測定
することはできないという問題がある。
【０００５】この発明は、上述した従来の流速計測方法
における問題点に留意して、光ファイバを用いてカルマ
ン渦の振動数を測定しこれにより流速を計測する方法を
拡張して一様でない流れの流速分布を測定することので
きる計測方法及び装置を提供することを課題とする。
における問題点に留意して、光ファイバを用いてカルマ
ン渦の振動数を測定しこれにより流速を計測する方法を
拡張して一様でない流れの流速分布を測定することので
きる計測方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するため、一様でない流れの流速分布を所要の分解
能で測定するため、分解能距離に対応する所定のコヒー
レント長を有する光源からの光を２分して、いずれか一
方の光路長さを調整自在とした２つの光路にそれぞれ送
り、２つの光路の光のいずれか一方を他方に対して周波
数をシフトさせかつ直交するように偏光させて偏波保存
光ファイバを用いた光ファイバセンサにそれぞれ入力
し、流れに支持した支持棒に沿って分解能距離ごとに固
定した光ファイバセンサが流体から受ける振動揚力で各
区間毎に両偏光のモード結合が生じるように上記調整自
在な光路の長さを調整し、光ファイバセンサの出力側ビ
ート信号の包絡線の周波数を測定することによって流速
を計測することから成る流体の流速分布計測方法とした
のである。上記方法を実施する装置として、分解能距離
に対応する所定のコヒーレント長を有するレーザ光を出
力するレーザ光源を備え、そのレーザ光を２分して送り
その一方の光路長さを調整する光路長調整器を有する光
路と、他方は周波数をシフトさせかつ２つのレーザ光が
直交するよう偏光させる光路とを有する光伝送路と、偏
光された２つの光路の光をそれぞれ独立して伝播する偏
波保存光ファイバを用いた光ファイバセンサとを接続
し、光ファイバセンサは流れに支持した支持棒に沿って
分解能距離ごとに固定し、光路長調整器は光ファイバセ
ンサが流体から受ける振動揚力で各区間毎に両偏波光間
のモード結合が生じるように光路の長さを調整自在と
し、上記光ファイバセンサの出力ビート信号を測定する
信号処理部を備え、上記ビート信号の包絡線の周波数を
測定することにより一様でない流れの流速分布を所定の
分解能で計測するようにした流体の流速分布計測装置と
することができる。
解決するため、一様でない流れの流速分布を所要の分解
能で測定するため、分解能距離に対応する所定のコヒー
レント長を有する光源からの光を２分して、いずれか一
方の光路長さを調整自在とした２つの光路にそれぞれ送
り、２つの光路の光のいずれか一方を他方に対して周波
数をシフトさせかつ直交するように偏光させて偏波保存
光ファイバを用いた光ファイバセンサにそれぞれ入力
し、流れに支持した支持棒に沿って分解能距離ごとに固
定した光ファイバセンサが流体から受ける振動揚力で各
区間毎に両偏光のモード結合が生じるように上記調整自
在な光路の長さを調整し、光ファイバセンサの出力側ビ
ート信号の包絡線の周波数を測定することによって流速
を計測することから成る流体の流速分布計測方法とした
のである。上記方法を実施する装置として、分解能距離
に対応する所定のコヒーレント長を有するレーザ光を出
力するレーザ光源を備え、そのレーザ光を２分して送り
その一方の光路長さを調整する光路長調整器を有する光
路と、他方は周波数をシフトさせかつ２つのレーザ光が
直交するよう偏光させる光路とを有する光伝送路と、偏
光された２つの光路の光をそれぞれ独立して伝播する偏
波保存光ファイバを用いた光ファイバセンサとを接続
し、光ファイバセンサは流れに支持した支持棒に沿って
分解能距離ごとに固定し、光路長調整器は光ファイバセ
ンサが流体から受ける振動揚力で各区間毎に両偏波光間
のモード結合が生じるように光路の長さを調整自在と
し、上記光ファイバセンサの出力ビート信号を測定する
信号処理部を備え、上記ビート信号の包絡線の周波数を
測定することにより一様でない流れの流速分布を所定の
分解能で計測するようにした流体の流速分布計測装置と
することができる。
【０００７】
【作用】上述したこの発明による計測方法の原理につい
て図４を参照してまず説明する。光源としては、一般に
レーザ光源が使用され、光ファイバセンサの分解能距離
に対応する低コヒーレント長のレーザダイオードが使用
される。光源からの光は偏光子で偏光されて直線偏光と
なる。この直線偏光をＹ偏波とすると、この光はビーム
スプリッタＢＳで２つの光路に２分されて送られる。一
方の光路には、図示のように、周波数シフタとλ／２板
が設けられており、Ｙ偏波の光はその周波数をｆとする
と周波数シフタによりｆ＋Δｆに周波数がシフトされ、
かつλ／２板でＹ偏波に対して９０°光軸が回転したＸ
偏波となり、ミラーＭで反射されてビームスプリッタＢ
Ｓへと送られる。
て図４を参照してまず説明する。光源としては、一般に
レーザ光源が使用され、光ファイバセンサの分解能距離
に対応する低コヒーレント長のレーザダイオードが使用
される。光源からの光は偏光子で偏光されて直線偏光と
なる。この直線偏光をＹ偏波とすると、この光はビーム
スプリッタＢＳで２つの光路に２分されて送られる。一
方の光路には、図示のように、周波数シフタとλ／２板
が設けられており、Ｙ偏波の光はその周波数をｆとする
と周波数シフタによりｆ＋Δｆに周波数がシフトされ、
かつλ／２板でＹ偏波に対して９０°光軸が回転したＸ
偏波となり、ミラーＭで反射されてビームスプリッタＢ
Ｓへと送られる。
【０００８】他方の光路には光路長調整器が設けられて
おり、ビームスプリッタで２分された周波数ｆの光は、
その光路長さが±ΔＬだけ調整されてビームスプリッタ
ＢＳへ送られ、上記一方の光路の光と共に偏波保存光フ
ァイバセンサへ入射される。
おり、ビームスプリッタで２分された周波数ｆの光は、
その光路長さが±ΔＬだけ調整されてビームスプリッタ
ＢＳへ送られ、上記一方の光路の光と共に偏波保存光フ
ァイバセンサへ入射される。
【０００９】ところで、上記２つの光路からのＸ偏波、
Ｙ偏波の光は、偏波保存光ファイバ中ではそれぞれ独立
して伝播し、光ファイバのＸ軸、Ｙ軸方向での屈折率が
異なるため光の伝播速度が異なる。しかし、途中で光フ
ァイバが振動などを受けるとＸ偏波がＹ偏波に漏れ入る
こととなり、両偏波が混合して干渉することがある（両
偏波光間のモード結合）。
Ｙ偏波の光は、偏波保存光ファイバ中ではそれぞれ独立
して伝播し、光ファイバのＸ軸、Ｙ軸方向での屈折率が
異なるため光の伝播速度が異なる。しかし、途中で光フ
ァイバが振動などを受けるとＸ偏波がＹ偏波に漏れ入る
こととなり、両偏波が混合して干渉することがある（両
偏波光間のモード結合）。
【００１０】又、図示のように偏波保存光ファイバの入
射端から距離Ｌのところで振動がありＸ偏波とＹ偏波が
混ざったとすると、この位置で両偏光が干渉するか否か
はその２つ光がレーザ光源を出た後の光路長差がその光
のコヒーレント長以下であるかどうかに依存する。従っ
て、もし図示の光路の周波数シフタの後に設けたλ／２
板がないとすると、光路差ΔＬ＝０であるため両光路が
合成されたところで直ちに干渉が生じ、出力光として一
定振幅のΔｆのビート信号が出る。
射端から距離Ｌのところで振動がありＸ偏波とＹ偏波が
混ざったとすると、この位置で両偏光が干渉するか否か
はその２つ光がレーザ光源を出た後の光路長差がその光
のコヒーレント長以下であるかどうかに依存する。従っ
て、もし図示の光路の周波数シフタの後に設けたλ／２
板がないとすると、光路差ΔＬ＝０であるため両光路が
合成されたところで直ちに干渉が生じ、出力光として一
定振幅のΔｆのビート信号が出る。
【００１１】λ／２板を設けた場合は、この光路を通る
光がＸ偏波となって距離Ｌの位置で光路差ΔＬが生じ
る。このとき、ΔＬ＜コヒーレント長であればこの距離
Ｌの位置でやはり干渉し、Δｆのビート信号が生じる。
しかし、ΔＬ＞コヒーレント長であれば、光の干渉性が
失なわれるため合成されたところで干渉は生じない。従
って、いずれか一方の偏波に対して予め光路長調整器で
ΔＬの光路長差を与えておくと、所定の距離Ｌのところ
で光路差が０となり振動揚力等によって確実に干渉が生
じる。光ファイバセンサは、所定の長さ間隔で流れの流
速の分布方向に固定されているから、各区間毎に干渉を
生じさせるように光路長調整器で連続的に又は所定の長
さピッチで光路長差を変化させるとそれぞれの区間で流
速が測定できることになる。
光がＸ偏波となって距離Ｌの位置で光路差ΔＬが生じ
る。このとき、ΔＬ＜コヒーレント長であればこの距離
Ｌの位置でやはり干渉し、Δｆのビート信号が生じる。
しかし、ΔＬ＞コヒーレント長であれば、光の干渉性が
失なわれるため合成されたところで干渉は生じない。従
って、いずれか一方の偏波に対して予め光路長調整器で
ΔＬの光路長差を与えておくと、所定の距離Ｌのところ
で光路差が０となり振動揚力等によって確実に干渉が生
じる。光ファイバセンサは、所定の長さ間隔で流れの流
速の分布方向に固定されているから、各区間毎に干渉を
生じさせるように光路長調整器で連続的に又は所定の長
さピッチで光路長差を変化させるとそれぞれの区間で流
速が測定できることになる。
【００１２】なお、光路長調整器でΔＬの光路差の調整
を行なうとき、ΔＬが完全に０となるように調整するの
が望ましいが、実際には若干の誤差が生じる可能性があ
り、その誤差が光源のコヒーレント長より大きくなると
所望の位置で干渉が生じなくなるから、必然的に光源と
しては低コヒーレント長でかつΔＬ調整機構の誤差相当
程度のコヒーレント長のものでなければならないことに
なる。
を行なうとき、ΔＬが完全に０となるように調整するの
が望ましいが、実際には若干の誤差が生じる可能性があ
り、その誤差が光源のコヒーレント長より大きくなると
所望の位置で干渉が生じなくなるから、必然的に光源と
しては低コヒーレント長でかつΔＬ調整機構の誤差相当
程度のコヒーレント長のものでなければならないことに
なる。
【００１３】光ファイバセンサによる流速の計測には、
光ファイバセンサの後方に発生するカルマン渦の振動を
測定する方法が用いられる。カルマン渦は柱体の後方に
規則的に発生し、カルマンによるとカルマン渦の振動数
ｆはｆ＝Ｓｔ・Ｕ／ｄで表わされる。Ｓｔはストローハ
ル数、Ｕは流速、ｄは管路幅であり、Ｓｔは所定範囲の
レイノルズ数Ｒｅに対して一定である。従って、振動の
周波数を測定すれば流速が求められる。
光ファイバセンサの後方に発生するカルマン渦の振動を
測定する方法が用いられる。カルマン渦は柱体の後方に
規則的に発生し、カルマンによるとカルマン渦の振動数
ｆはｆ＝Ｓｔ・Ｕ／ｄで表わされる。Ｓｔはストローハ
ル数、Ｕは流速、ｄは管路幅であり、Ｓｔは所定範囲の
レイノルズ数Ｒｅに対して一定である。従って、振動の
周波数を測定すれば流速が求められる。
【００１４】この発明の場合、柱体としては光ファイバ
センサを支持する支持棒とその後方の光ファイバ自体の
両方がその作用を有する。即ち、支持棒が発生するカル
マン渦でその後方の光ファイバセンサが振動する場合、
及び光ファイバ自体がカルマン渦を発生しながらそれに
よってそれ自体も振動する場合がある。前者では支持棒
の直ぐ後方に光ファイバセンサが設けられ、後者では支
持棒は光ファイバセンサに影響を与えない位置にある場
合であって、いずれの方法によって測定することもでき
る。勿論、支持棒なしで光ファイバセンサのみによって
もカルマン渦は発生し測定は可能である。
センサを支持する支持棒とその後方の光ファイバ自体の
両方がその作用を有する。即ち、支持棒が発生するカル
マン渦でその後方の光ファイバセンサが振動する場合、
及び光ファイバ自体がカルマン渦を発生しながらそれに
よってそれ自体も振動する場合がある。前者では支持棒
の直ぐ後方に光ファイバセンサが設けられ、後者では支
持棒は光ファイバセンサに影響を与えない位置にある場
合であって、いずれの方法によって測定することもでき
る。勿論、支持棒なしで光ファイバセンサのみによって
もカルマン渦は発生し測定は可能である。
【００１５】各区間毎の光ファイバセンサに流体が当る
と、光ファイバセンサにはカルマン渦の振動が発生し、
その振動により揚力を受けるとその部分でＸ偏波とＹ偏
波間のモード結合が生じ、その結果出力光のビート信号
の振幅が振動の周波数に対応して変化する。従って、こ
のビート信号の振幅の包絡線の周波数を測定すればこれ
によって流速が求まる。
と、光ファイバセンサにはカルマン渦の振動が発生し、
その振動により揚力を受けるとその部分でＸ偏波とＹ偏
波間のモード結合が生じ、その結果出力光のビート信号
の振幅が振動の周波数に対応して変化する。従って、こ
のビート信号の振幅の包絡線の周波数を測定すればこれ
によって流速が求まる。
【００１６】
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１はこの発明による流速計測方法を実施
する計測システムの全体概略図である。レーザ光源１１
は、例えばコヒーレント長が１ｃｍ程度の低コヒーレン
トなレーザ光が使用され、これを偏光子１２で直線偏光
としカプラー１３で２分して２つの光ファイバ１４、１
４の光路へ送る。１５は光路長調整器、１６は超音波周
波数シフタ、１７はλ／２波長板、１８はカプラーであ
る。光路長調整器１５の詳細は図２に示す。
て説明する。図１はこの発明による流速計測方法を実施
する計測システムの全体概略図である。レーザ光源１１
は、例えばコヒーレント長が１ｃｍ程度の低コヒーレン
トなレーザ光が使用され、これを偏光子１２で直線偏光
としカプラー１３で２分して２つの光ファイバ１４、１
４の光路へ送る。１５は光路長調整器、１６は超音波周
波数シフタ、１７はλ／２波長板、１８はカプラーであ
る。光路長調整器１５の詳細は図２に示す。
【００１７】なお、λ／２波長板は一方の光路と他方の
光路の偏光が互いに直交するように設けられるものであ
るから、その光路中のどこに設けてあってもよい。又、
光路長調整器１５、超音波シフタ１６は、図４の原理図
のように逆の位置に設けてもよく、あるいはいずれかの
光路に両方を設けてもよい。カプラー１８で合流したＸ
偏波、Ｙ偏波の光は偏波保存光ファイバ１４を介してそ
のセンサ部分（海面下）へ送られる。光ファイバ１４の
海面下のセンサ部分は、図示のように海底のアンカーＡ
とブイＢの間に支持した支持ケーブルＣに対して所定の
間隔の固定点Ｘで固定されている。その詳細については
図３に示す。
光路の偏光が互いに直交するように設けられるものであ
るから、その光路中のどこに設けてあってもよい。又、
光路長調整器１５、超音波シフタ１６は、図４の原理図
のように逆の位置に設けてもよく、あるいはいずれかの
光路に両方を設けてもよい。カプラー１８で合流したＸ
偏波、Ｙ偏波の光は偏波保存光ファイバ１４を介してそ
のセンサ部分（海面下）へ送られる。光ファイバ１４の
海面下のセンサ部分は、図示のように海底のアンカーＡ
とブイＢの間に支持した支持ケーブルＣに対して所定の
間隔の固定点Ｘで固定されている。その詳細については
図３に示す。
【００１８】なお、光ファイバ１４は、充分な強度を持
つ光ファイバのみでもよい。即ち、支持ケーブルＣが発
生するカルマン渦をその後方の光ファイバで測定する場
合の他に、光ファイバ自体を渦発生体兼検出センサとし
て用いることができるようにするためである。なお、ア
ンカーＡから折り返される光ファイバ１４は支持ケーブ
ルＣ内に挿通され、その光ファイバ１４自体が流れによ
る振動の影響は受けないものとする。上記折返された光
ファイバ１４を通り送り出される出力光は検光子１９を
介して受光器２０で受光され、電気信号に変換されて信
号処理部２１へ送られる。信号処理部２１ではビート信
号の振幅の包絡線の周波数が測定される。
つ光ファイバのみでもよい。即ち、支持ケーブルＣが発
生するカルマン渦をその後方の光ファイバで測定する場
合の他に、光ファイバ自体を渦発生体兼検出センサとし
て用いることができるようにするためである。なお、ア
ンカーＡから折り返される光ファイバ１４は支持ケーブ
ルＣ内に挿通され、その光ファイバ１４自体が流れによ
る振動の影響は受けないものとする。上記折返された光
ファイバ１４を通り送り出される出力光は検光子１９を
介して受光器２０で受光され、電気信号に変換されて信
号処理部２１へ送られる。信号処理部２１ではビート信
号の振幅の包絡線の周波数が測定される。
【００１９】以上のように構成した計測システムにより
海面下の流速分布を次のようにして測定する。レーザ光
源１１からのレーザ光を偏光子１２でＹ偏波の直線偏光
とし、これをカプラー１３で２分すると、一方は光路長
調整器１５で光路長がΔＬ調整された後λ／２波長板１
７でＸ偏波に偏光される。他方の光はＹ偏波のまま周波
数がｆ＋Δｆにシフトされて、カプラー１８で両偏波は
合流して偏波保存光ファイバ１４に入射される。
海面下の流速分布を次のようにして測定する。レーザ光
源１１からのレーザ光を偏光子１２でＹ偏波の直線偏光
とし、これをカプラー１３で２分すると、一方は光路長
調整器１５で光路長がΔＬ調整された後λ／２波長板１
７でＸ偏波に偏光される。他方の光はＹ偏波のまま周波
数がｆ＋Δｆにシフトされて、カプラー１８で両偏波は
合流して偏波保存光ファイバ１４に入射される。
【００２０】偏波保存光ファイバは、Ｘ軸とＹ軸方向の
屈折率が異なるため光の伝播速度が異なり、今Ｘ軸の方
がＹ軸よりも屈折率が１０-4位い大きい（速度が遅い）
とすると、Ｌ＝１ｋｍの位置では１ｋｍ×１０-4＝１０
ｃｍの光路差が生じる。従って、予め光路調整器でΔＬ
＝１０ｃｍの光路差を与えておくと、距離１ｋｍのとこ
ろで光路差が０になり、干渉が生じる。
屈折率が異なるため光の伝播速度が異なり、今Ｘ軸の方
がＹ軸よりも屈折率が１０-4位い大きい（速度が遅い）
とすると、Ｌ＝１ｋｍの位置では１ｋｍ×１０-4＝１０
ｃｍの光路差が生じる。従って、予め光路調整器でΔＬ
＝１０ｃｍの光路差を与えておくと、距離１ｋｍのとこ
ろで光路差が０になり、干渉が生じる。
【００２１】実際にはＸ偏波とＹ偏波の光路差が所望の
位置で正確に０であるとは限らず若干の誤差を含むこと
がある。この誤差がレーザ光のコヒーレント長以上にな
ると両偏波は所望の位置で混ざり合ったとしても干渉が
生じなくなる。例えば、コヒーレント長を１ｍｍとし、
前記光路差１０ｃｍを予め光路調整器で与える誤差が１
ｃｍ相当あったとすると、１ｋｍの位置での干渉は生じ
なくなる。このためレーザ光はコヒーレント長が光路長
調整誤差にみあった程度（この例の場合１ｃｍ程度）の
コヒーレント長のものでなければならない。勿論、コヒ
ーレント長が光路長調整器の設定ステップ以上に長過ぎ
ると、区別したい複数の位置の干渉が同時に発生し、位
置分解能が低下してしまう。
位置で正確に０であるとは限らず若干の誤差を含むこと
がある。この誤差がレーザ光のコヒーレント長以上にな
ると両偏波は所望の位置で混ざり合ったとしても干渉が
生じなくなる。例えば、コヒーレント長を１ｍｍとし、
前記光路差１０ｃｍを予め光路調整器で与える誤差が１
ｃｍ相当あったとすると、１ｋｍの位置での干渉は生じ
なくなる。このためレーザ光はコヒーレント長が光路長
調整誤差にみあった程度（この例の場合１ｃｍ程度）の
コヒーレント長のものでなければならない。勿論、コヒ
ーレント長が光路長調整器の設定ステップ以上に長過ぎ
ると、区別したい複数の位置の干渉が同時に発生し、位
置分解能が低下してしまう。
【００２２】偏波保存光ファイバのセンサ部分は所定の
間隔でそれぞれ流体の流速分布方向に対して固定されて
いるから、各固定区間毎で流速を測定することによって
流速分布を計測することができる。その場合、例えば上
から第１番目の区間で光路差が０となるように光路差調
整器で光路差を与え、そして光路差を連続した値に変化
させながら第２番目の区間、第３番目の区間……という
ようにして各区間で流速を測定する。あるいは、光路差
を各区間に対応する所定間隔の値に変化させるようにし
てもよい。
間隔でそれぞれ流体の流速分布方向に対して固定されて
いるから、各固定区間毎で流速を測定することによって
流速分布を計測することができる。その場合、例えば上
から第１番目の区間で光路差が０となるように光路差調
整器で光路差を与え、そして光路差を連続した値に変化
させながら第２番目の区間、第３番目の区間……という
ようにして各区間で流速を測定する。あるいは、光路差
を各区間に対応する所定間隔の値に変化させるようにし
てもよい。
【００２３】流速を測定する場合、前述のように光ファ
イバのセンサ部分の後方に生じるカルマン渦の振動数を
測定することによって行なわれる。振動数は光ファイバ
のセンサ部分の各区間毎にＸ、Ｙ偏波の干渉によって生
じるビート信号Δｆの振幅の包絡線の周波数から測定さ
れる。
イバのセンサ部分の後方に生じるカルマン渦の振動数を
測定することによって行なわれる。振動数は光ファイバ
のセンサ部分の各区間毎にＸ、Ｙ偏波の干渉によって生
じるビート信号Δｆの振幅の包絡線の周波数から測定さ
れる。
【００２４】
【効果】以上詳細に説明したように、この発明による流
速分布計測方法は２つの光路の一方を光路長調整自在と
しておきその両光路の光を互いに直交する偏波とすると
共に一方の周波数をシフトさせて両偏波を偏波保存光フ
ァイバのセンサに送り込み、光ファイバセンサを流れの
中で所定間隔に固定して各区間毎に干渉を生じさせるよ
うにし、そのビート信号の振幅変化の包絡線の周波数を
測定することによって流速分布を測定するようにしたか
ら、従来一点のみの流速しか測れなかった流速計測方法
に対して流速を分布状態で測定することができ、従って
流速分布を多数の測定回路を用いることなく極めてシン
プルな測定方法とし、一様でない流速分布を高精度で測
定できるという効果がある。
速分布計測方法は２つの光路の一方を光路長調整自在と
しておきその両光路の光を互いに直交する偏波とすると
共に一方の周波数をシフトさせて両偏波を偏波保存光フ
ァイバのセンサに送り込み、光ファイバセンサを流れの
中で所定間隔に固定して各区間毎に干渉を生じさせるよ
うにし、そのビート信号の振幅変化の包絡線の周波数を
測定することによって流速分布を測定するようにしたか
ら、従来一点のみの流速しか測れなかった流速計測方法
に対して流速を分布状態で測定することができ、従って
流速分布を多数の測定回路を用いることなく極めてシン
プルな測定方法とし、一様でない流速分布を高精度で測
定できるという効果がある。
【図１】実施例の流速計測システムの概略ブロック図
【図２】光路長調整器の概略構成図
【図３】偏波保存光ファイバの固定方法の説明図
【図４】流速計測方法の原理図
【図５】従来の流速計測装置の概略ブロック図
１１ レーザ光源 １２ 偏光子 １３、１８ カプラー １４ 偏波保存光ファイバ １５ 光路長調整器 １６ 超音波周波数シフタ １７ λ／２波長板 １９ 検光子 ２０ 受光器 ２１ 信号処理部
フロントページの続き (72)発明者 村田 吉和 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友 電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 二島 英明 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友 電気工業株式会社大阪製作所内 審査官 飯野 茂 (56)参考文献 特開 平５−180673（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/00 - 1/32 G01P 5/00 - 5/02 G01P 13/00 - 13/04
Claims (2)
- 【請求項１】 分解能距離に対応する所定のコヒーレン
ト長を有するレーザ光を２分していずれか一方の光路長
さを調整自在とした２つの光路にそれぞれ送り、２つの
光路の光のいずれか一方を他方に対して周波数をシフト
させかつ直交するように偏光させて偏波保存光ファイバ
を用いた光ファイバセンサにそれぞれ入力し、流れに支
持した支持棒に沿って分解能距離ごとに固定した光ファ
イバセンサが流体から受ける振動揚力で各区間毎に両偏
波光間のモード結合が生じるように上記調整自在な光路
の長さを調整し、光ファイバセンサの出力側ビート信号
の包絡線の周波数を測定することによって一様でない流
れの流速分布を所定の分解能で計測することから成る流
体の流速分布計測方法。 - 【請求項２】 分解能距離に対応する所定のコヒーレン
ト長を有するレーザ光を出力するレーザ光源を備え、そ
のレーザ光を２分して送りその一方の光路長さを調整す
る光路長調整器を有する光路と、他方は周波数をシフト
させかつ２つのレーザ光が直交するよう偏光させる光路
とを有する光伝送路と、偏光された２つの光路の光をそ
れぞれ独立して伝播する偏波保存光ファイバを用いた光
ファイバセンサとを接続し、光ファイバセンサは流れに
支持した支持棒に沿って分解能距離ごとに固定し、光路
長調整器は光ファイバセンサが流体から受ける振動揚力
で各区間毎に両偏波光間のモード結合が生じるように光
路の長さを調整自在とし、上記光ファイバセンサの出力
ビート信号を測定する信号処理部を備え、上記ビート信
号の包絡線の周波数を測定することにより一様でない流
れの流速分布を所定の分解能で計測するようにした流体
の流速分布計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11364892A JP3240595B2 (ja) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | 流体の流速分布計測方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11364892A JP3240595B2 (ja) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | 流体の流速分布計測方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05312823A JPH05312823A (ja) | 1993-11-26 |
| JP3240595B2 true JP3240595B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=14617591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11364892A Expired - Lifetime JP3240595B2 (ja) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | 流体の流速分布計測方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3240595B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4910134B2 (ja) * | 2006-07-21 | 2012-04-04 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 電力自立型河川監視装置 |
| KR101317630B1 (ko) * | 2012-04-16 | 2013-10-10 | 한국표준과학연구원 | 다차원 유속 측정을 위한 광 간섭 유속계 |
| CN102944269B (zh) * | 2012-11-16 | 2015-07-29 | 中国科学院半导体研究所 | 一种光纤激光流量计 |
| KR102442956B1 (ko) * | 2020-10-29 | 2022-09-14 | 고등기술연구원연구조합 | 광섬유를 이용한 유속검출장치 |
| CN113267642B (zh) * | 2021-05-25 | 2022-11-29 | 海南赛沐科技有限公司 | 一种全海深海流分布的监测方法及系统 |
-
1992
- 1992-05-06 JP JP11364892A patent/JP3240595B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05312823A (ja) | 1993-11-26 |
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