JP3425232B2 - Current meter - Google Patents

Current meter

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JP3425232B2
JP3425232B2 JP18926894A JP18926894A JP3425232B2 JP 3425232 B2 JP3425232 B2 JP 3425232B2 JP 18926894 A JP18926894 A JP 18926894A JP 18926894 A JP18926894 A JP 18926894A JP 3425232 B2 JP3425232 B2 JP 3425232B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いて被測
定流体中の微粒子の速度を測定し、この速度を被測定流
体速度として出力する流速計に係り、特に多くの反射光
量が得られ、小型で移動し易く、正確な測定が簡単かつ
容易にでき、しかも流れの方向の情報が得られるように
した流速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 velocity meter for measuring the velocity of fine particles in a fluid to be measured using a laser beam and outputting this velocity as the fluid velocity to be measured. The present invention relates to a velocity meter which is small in size, easy to move, easy and easy to perform accurate measurement, and is capable of obtaining information on a flow direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、被測定流体の流速を測定する
手段として、例えばピトー管や熱線流速計等が多く用い
られており、特に最近では、ガスレーザや半導体レーザ
を光源とする流速計が用いられるようになってきてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a Pitot tube or a hot wire anemometer has been widely used as a means for measuring the flow velocity of a fluid to be measured. In particular, recently, an anemometer using a gas laser or a semiconductor laser as a light source has been used. Is becoming available.

【0003】図9は、この種のレーザ光を用いた従来の
流速計の構成例を示す概略図である。図9において、こ
の流速計は、レーザ光を発生するガスレーザ1を光源と
して有し、このガスレーザ1からのレーザ光は、ビーム
スプリッタ2によって2つの平行なレーザ光に分割さ
れ、焦点レンズ3により集光されて、測定領域4に干渉
縞を形成する。また、この測定領域4を流れる被測定流
体5に含まれている微粒子6から反射してくる錯乱光の
方向は、ミラー7により変えられ、この散乱光は、レン
ズ8により集光され、この集光された光は光電子増倍管
9にて受光され、光電子増倍管9はこれに応じた電気信
号を出力する。この光電子増倍管9の出力は、信号処理
部10により演算される。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration example of a conventional anemometer using this type of laser light. In FIG. 9, the anemometer has a gas laser 1 that emits laser light as a light source. The laser light from the gas laser 1 is split into two parallel laser lights by a beam splitter 2 and is collected by a focus lens 3. It is illuminated and forms interference fringes in the measurement area 4. The direction of the confusion light reflected from the fine particles 6 contained in the fluid to be measured 5 flowing in the measurement region 4 is changed by the mirror 7, and the scattered light is condensed by the lens 8 and collected. The emitted light is received by the photomultiplier tube 9, and the photomultiplier tube 9 outputs an electric signal corresponding thereto. The output of the photomultiplier tube 9 is calculated by the signal processing unit 10.

【0004】さて、このように構成された従来の流速計
では、ビームプスリッタ2で分割された等強度、同位相
の2つのレーザ光によって、測定領域4に干渉縞が形成
される。
In the conventional anemometer constructed as above, interference fringes are formed in the measurement region 4 by the two laser beams having the same intensity and the same phase divided by the beam slitter 2.

【0005】また、この測定領域4に被測定流体5を流
すことにより、被測定流体5中に存在する微粒子6も、
同じ速度で測定領域4、すなわち干渉縞の中を通過す
る。そして、この干渉縞を通過する際に、微粒子6は干
渉縞に応じて強弱に変化する散乱光を射出する。この散
乱光は、レンズ8を通して光電子増倍管9上に集光す
る。そして、光電子増倍管9は、強弱に変化する散乱光
に応じた信号、すなわちドップラー信号を信号処理部1
0に出力する。
By flowing the fluid to be measured 5 into the measurement area 4, the fine particles 6 present in the fluid to be measured 5 are also
It passes through the measurement area 4, that is, the interference fringes, at the same speed. Then, when passing through the interference fringes, the fine particles 6 emit scattered light that changes in intensity depending on the interference fringes. This scattered light is condensed on the photomultiplier tube 9 through the lens 8. Then, the photomultiplier tube 9 outputs a signal according to the scattered light that changes strongly, that is, a Doppler signal, to the signal processing unit 1.
Output to 0.

【0006】この信号処理部10においては、既知であ
る干渉縞の間隔とドップラー信号の時間とに基づいて、
微粒子6の干渉縞に直角な方向の速度を算出する。この
算出された速度は、微粒子6と等速度で流れる被測定流
体5の流速でもあるため、被測定流体5の流れる方向に
あらかじめ干渉縞が鉛直になるように測定領域4を配置
することによって、被測定流体5の速度を測定すること
ができる。
In the signal processing unit 10, based on the known interval of interference fringes and the time of Doppler signal,
The velocity in the direction perpendicular to the interference fringes of the particles 6 is calculated. Since the calculated velocity is also the flow velocity of the fluid to be measured 5 that flows at the same velocity as the fine particles 6, by arranging the measurement region 4 in advance so that the interference fringes are vertical in the flowing direction of the fluid to be measured 5, The speed of the fluid to be measured 5 can be measured.

【0007】しかしながら、上述したようなレーザドッ
プラー流速計の光学系は、後方散乱方式であることか
ら、光電子増倍管9で受光できる光量が、一般に使用さ
れている前方散乱方式の光量の100分の1以下であ
る。それ故に、出力の大きなガスレーザ1としてアルゴ
ンイオンレーザが使用されており、装置全体が大型とな
り、測定の機動性に欠けるという不具合がある。
However, since the optical system of the laser Doppler velocimeter as described above is of the backscattering type, the amount of light that can be received by the photomultiplier tube 9 is 100 minutes of the amount of light of the commonly used forward scattering type. Is less than or equal to 1. Therefore, an argon ion laser is used as the gas laser 1 having a large output, and the size of the entire apparatus becomes large, resulting in a lack of maneuverability in measurement.

【0008】一方、このような不具合を解決するため
に、ガスレーザ1に代えて小型の赤色半導体レーザ、ま
た光電子増倍管9に代えて小型の半導体受光素子、例え
ばアバランシェフォトダイオードを使用することが考え
られる。
On the other hand, in order to solve such a problem, a small red semiconductor laser is used instead of the gas laser 1, and a small semiconductor light receiving element such as an avalanche photodiode is used instead of the photomultiplier tube 9. Conceivable.

【0009】しかしながら、上記赤色半導体レーザは、
ガスレーザ1に比較して出力が低く、またアバランシェ
フォトダイオードの増幅率は、光電子増倍管9の100
0分の1以下であることから、現状では、後方散乱方式
のレーザドップラー流速計としては動作することができ
ない。
However, the above red semiconductor laser is
The output is lower than that of the gas laser 1, and the amplification factor of the avalanche photodiode is 100 times that of the photomultiplier tube 9.
Since it is 1/0 or less, it cannot be operated as a backscattering type laser Doppler velocimeter at present.

【0010】そこで、最近では、このような課題を解決
するためのものとして、例えば“特願平4−04842
8号”に記載された半導体レーザ2焦点流速計が提案さ
れている。
Therefore, recently, as a means for solving such a problem, for example, in Japanese Patent Application No. 04-08422.
A semiconductor laser two-focus velocimeter described in No. 8 "has been proposed.

【0011】すなわち、この半導体レーザ2焦点流速計
は、図10に概略構成図を示すように、赤色半導体レー
ザ11を有し、その光軸上にはコリメータレンズ12が
設けられ、このコリメータレンズ12は、赤色半導体レ
ーザ11からのレーザ光の拡がり角を小さくして平行な
レーザ光に成形し、その出力側には、レーザ光を2つの
レーザ光に等強度に分割しかつ偏光方向を変える偏光プ
リズムとしてのウォラストンプリズム13が設けられて
いる。
That is, this semiconductor laser two-focus velocimeter has a red semiconductor laser 11, a collimator lens 12 is provided on the optical axis of the red semiconductor laser 11, as shown in the schematic view of FIG. Is a parallel laser beam formed by reducing the divergence angle of the laser beam from the red semiconductor laser 11, and on the output side thereof, the laser beam is split into two laser beams with equal intensity and the polarization direction is changed. A Wollaston prism 13 as a prism is provided.

【0012】さらに、このウォラストンプリズム13の
出力側には、分割された2つのレーザ光を、測定領域4
に2つの焦点として集光させる集光手段であるレンズ1
4が設けられている。
Further, on the output side of the Wollaston prism 13, the two split laser beams are supplied to the measurement area 4
Lens 1 which is a light collecting means for collecting two focal points on the
4 are provided.

【0013】図11は、この測定領域4の2つの焦点の
近傍を拡大して示す図である。図11に示すように、レ
ーザ光の直径は、レンズ14により焦点での最終直径ま
で絞られた後、また拡大する。この測定領域4に被測定
流体5を流すことにより、被測定流体5中に存在する微
粒子6も同じ速度で測定領域4、すなわち2つの焦点を
通過する。そして、微粒子6が2つの焦点を通過する
と、レーザ光を散乱させ、この散乱光はレンズ14で平
行光にされる。
FIG. 11 is an enlarged view showing the vicinity of the two focal points of the measurement area 4. As shown in FIG. 11, the diameter of the laser beam is expanded by the lens 14 after being narrowed down to the final diameter at the focus. By flowing the fluid to be measured 5 into the measurement area 4, the fine particles 6 existing in the fluid to be measured 5 also pass through the measurement area 4, that is, two focal points at the same speed. When the fine particles 6 pass through the two focal points, the laser light is scattered, and the scattered light is collimated by the lens 14.

【0014】この平行光は、偏光フィルタ15a,15
bにより散乱光の一方の光のみを選択し、レンズ16
a,16bにより半導体受光素子17a,17b上に集
光される。そして、この半導体受光素子17a,17b
からの信号出力を、信号処理手段としての信号処理部1
8により時間間隔を測定し、かつ測定領域4の2つの焦
点間距離を上記測定された時間間隔で除して流速を演算
する。しかしながら、上述したような流速計では、流れ
の方向に関する情報を得ることができない。
This parallel light is transmitted to the polarization filters 15a, 15
Only one of the scattered lights is selected by b, and the lens 16
The light is focused on the semiconductor light receiving elements 17a and 17b by a and 16b. Then, the semiconductor light receiving elements 17a, 17b
Signal output from the signal processing unit 1 as signal processing means
8, the time interval is measured, and the two focal lengths of the measurement area 4 are divided by the measured time interval to calculate the flow velocity. However, the velocity meter as described above cannot obtain information on the flow direction.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
流速計においては、装置全体が大型となり、測定の機動
性に欠ける、反射光量が少なく、正確な測定ができな
い、流れの方向に関する情報が得られないという問題が
あった。
As described above, in the conventional anemometer, the size of the entire device is large, the mobility of measurement is insufficient, the amount of reflected light is small, and accurate measurement cannot be performed. There was a problem that could not be obtained.

【0016】本発明の目的は、多くの反射光量が得ら
れ、小型で移動し易く、正確な測定が簡単かつ容易にで
き、しかも流れの方向を得ることが可能な流速計を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a velocity meter capable of obtaining a large amount of reflected light, small in size, easy to move, easy and easy to perform an accurate measurement, and capable of obtaining a flow direction. is there.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子の速度を
測定し、当該速度を被測定流体速度として出力する流速
計において、まず、請求項1に係る発明では、レーザ光
を発生する半導体レーザと、半導体レーザからのレーザ
光の拡がり角を小さくして平行なレーザ光を成形するコ
リメータレンズと、コリメータレンズからのレーザ光を
2つの幅の異なるレーザ光に分割するビームスプリッタ
と、ビームスプリッタからの分割された2つのレーザ光
を、測定領域に2つの幅の異なる焦点として集光させる
集光手段と、集光手段からの測定領域の2つの幅の異な
る焦点からの光を受光するように設けられた半導体受光
素子と、半導体受光素子からの出力信号に基づいて流れ
の方向および時間間隔を測定し、2つの焦点間距離を当
該測定された時間間隔で除して被測定流体の流速を演算
処理し出力する信号処理手段とを備えて成る。
In order to achieve the above object, a velocity meter for measuring the velocity of fine particles in a fluid to be measured by using a laser beam and outputting the velocity as the fluid velocity to be measured is first described. In the invention according to claim 1, the semiconductor laser that generates the laser light, the collimator lens that reduces the divergence angle of the laser light from the semiconductor laser to form parallel laser light, and the laser light from the collimator lens Beam splitter for splitting into two laser beams having different widths, focusing means for focusing the split two laser beams from the beam splitter as two focal points having different widths, and measurement from the focusing means A semiconductor light receiving element provided so as to receive light from two focal points having different widths, and a flow direction and time based on an output signal from the semiconductor light receiving element. Interval was measured, the distance between the two foci and a signal processing means for the flow rate to the processing output of the vibration to the fluid to be measured in the measured time interval.

【0018】また、請求項2に係る発明では、レーザ光
を発生する2つの半導体レーザと、半導体レーザからの
レーザ光の拡がり角を小さくして幅の異なる平行な2つ
のレーザ光を成形するコリメータレンズと、コリメータ
レンズからの2つのレーザ光を、測定領域に2つの幅の
異なる焦点として集光させる集光手段と、集光手段から
の測定領域の2つの幅の異なる焦点からの光を受光する
ように設けられた半導体受光素子と、半導体受光素子か
らの出力信号に基づいて流れの方向および時間間隔を測
定し、2つの焦点間距離を当該測定された時間間隔で除
して被測定流体の流速を演算処理し出力する信号処理手
段とを備えて成る。
Further, in the invention according to claim 2, two semiconductor lasers for generating a laser beam and a collimator for forming two parallel laser beams having different widths by narrowing the divergence angle of the laser beam from the semiconductor laser. Condensing means for condensing the two laser beams from the lens and the collimator lens as two focal points with different widths in the measurement area, and light from the converging means from the focal points with two different widths in the measurement area. And a fluid to be measured by dividing the distance between two focal points by the measured time interval and measuring the flow direction and the time interval based on the output signal from the semiconductor light receiving element. And signal processing means for calculating and outputting the flow velocity of.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】さらに、請求項に係る発明では、波長の
異なるレーザ光を発生する2つの半導体レーザと、前記
半導体レーザからのレーザ光の拡がり角を小さくして幅
の異なる平行なレーザ光を成形するコリメータレンズ
と、前記コリメータレンズからの2つのレーザ光を、測
定領域に2つの幅の異なる焦点として集光させる集光手
段と、干渉フィルタを介して前記集光手段からの測定領
域の1つの焦点からの光を受光するように設けられた2
つの半導体受光素子と、前記各半導体受光素子からの出
力信号に基づいて流れの方向および時間間隔を測定し、
前記2つの焦点間距離を当該測定された時間間隔で除し
て前記被測定流体の流速を演算処理し出力する信号処理
手段とを備えて成る。
Furthermore, in the invention according to claim 3, wavelength
Two semiconductor lasers that generate different laser beams;
Reduce the divergence angle of the laser light from the semiconductor laser to reduce the width
Collimator lens that shapes parallel laser beams with different wavelengths
And two laser beams from the collimator lens
Focusing hand that focuses as two focal points with different widths in a fixed area
And the measurement area from the light collecting means through the interference filter.
2 arranged to receive light from one focal point of the area
Two semiconductor photo detectors and the output from each semiconductor photo detector
Measuring flow direction and time interval based on force signal,
Divide the two focal lengths by the measured time interval
Signal processing for calculating and outputting the flow velocity of the fluid to be measured
And means.

【0022】[0022]

【作用】従って、本発明の流速計においては、半導体レ
ーザからのレーザ光を、測定領域を形成する2つの焦点
として集光させることにより、測定領域に干渉縞を形成
するレーザドップラー流速計よりも多くの反射光量が得
られる。これにより、半導体受光素子で、信号処理に十
分なS/N比の電気信号を得ることができる。
Therefore, in the velocimeter of the present invention, the laser light from the semiconductor laser is focused as two focal points forming the measurement region, and thus the laser Doppler velocimeter forming the interference fringes in the measurement region is more effective. A large amount of reflected light can be obtained. As a result, the semiconductor light receiving element can obtain an electric signal having an S / N ratio sufficient for signal processing.

【0023】また、2焦点間に差をつけ、半導体受光素
子からの出力信号を処理することにより、流れの方向の
情報が得られる。さらに、半導体レーザ、半導体受光素
子を使用することにより、小型な装置とすることができ
て測定の機動性が増し、測定のための設定も容易とな
り、正確な測定が簡単かつ容易にできるばかりでなく、
長寿命で保守も容易となる。
Information on the flow direction can be obtained by processing the output signal from the semiconductor light receiving element by making a difference between the two focal points. Furthermore, by using a semiconductor laser and a semiconductor light receiving element, it is possible to make a compact device, increase the mobility of the measurement, make the setting for the measurement easy, and perform accurate measurement easily and easily. Without
Long life and easy maintenance.

【0024】[0024]

【実施例】本発明の流速計は、半導体レーザと半導体受
光素子を使用することにより、小型で手軽に移動が可能
となり、測定領域に2つのレーザ光を2つの焦点として
集光させる2焦点方式を採用することにより、多くの反
射光量が得られるようになり、2焦点の幅を変えたり、
波長の異なる半導体レーザを用いて2焦点の波長を変え
たり、偏光プリズムを用いて2焦点の偏光状態を変えた
り、これらの方式の組み合せによって、2焦点間に差を
つけ、半導体受光素子からの出力信号を処理することに
より、流れの方向の情報が得られ、半導体受光素子から
の信号出力の時間間隔を測定し、上記2つの焦点間距離
を当該測定された時間間隔で除して、被測定流体の流速
を演算処理するものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The anemometer of the present invention uses a semiconductor laser and a semiconductor light receiving element, is small in size and can be easily moved, and is a two-focus system in which two laser beams are focused as two focal points in a measurement region. By adopting, a large amount of reflected light can be obtained, the width of the two focal points can be changed,
By changing the bifocal wavelength using semiconductor lasers having different wavelengths, or changing the bifocal polarization state using a polarizing prism, a combination of these methods is used to make a difference between the bifocals, and Information on the flow direction is obtained by processing the output signal, the time interval of signal output from the semiconductor light receiving element is measured, and the two inter-focus distances are divided by the measured time interval, The flow velocity of the measurement fluid is calculated.

【0025】以下、上記のような考え方に基づく本発明
の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。 (第1の実施例)図1は、本発明の第1の実施例による
流速計の構成例を示す概略図である。
An embodiment of the present invention based on the above concept will be described below in detail with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a velocity meter according to a first embodiment of the present invention.

【0026】すなわち、本実施例の流速計は、図1に示
すように、レーザ光を発生する赤色半導体レーザ21
と、赤色半導体レーザ21からのレーザ光の拡がり角を
小さくして平行なレーザ光を成形するコリメータレンズ
22と、コリメータレンズ22からのレーザ光を2つの
幅の異なるレーザ光に分割するビームスプリッタ23
と、ビームスプリッタ23からの分割された2つのレー
ザ光を、測定領域4に2つの幅の異なる焦点として集光
させる集光手段であるレンズ24と、レンズ24からの
測定領域4の2つの幅の異なる焦点からの光をレンズ2
5を介して受光するように設けられた半導体受光素子2
6と、半導体受光素子26からの出力信号に基づいて流
れの方向および時間間隔を測定し、2つの焦点間距離を
この測定された時間間隔で除して(割って)被測定流体
5中に存在する微粒子6の流速を演算処理し出力する信
号処理部27とから構成している。
That is, as shown in FIG. 1, the velocimeter of this embodiment has a red semiconductor laser 21 for generating a laser beam.
A collimator lens 22 that forms a parallel laser beam by reducing the divergence angle of the laser beam from the red semiconductor laser 21, and a beam splitter 23 that splits the laser beam from the collimator lens 22 into two laser beams having different widths.
And a lens 24 which is a condensing means for condensing the two divided laser beams from the beam splitter 23 into the measurement region 4 as two focal points having different widths, and two widths of the measurement region 4 from the lens 24. Lenses 2 from different focal points
Semiconductor light receiving element 2 provided so as to receive light via 5
6 and the output signal from the semiconductor light receiving element 26, the flow direction and the time interval are measured, and the two focal lengths are divided (divided) by the measured time interval to obtain the fluid 5 to be measured. The signal processing unit 27 calculates and outputs the flow velocity of the existing fine particles 6.

【0027】次に、以上のように構成した本実施例の流
速計の作用について説明する。図1において、赤色半導
体レーザ21からのレーザ光は、その光軸上に設けたコ
リメータレンズ22により、その拡がり角を小さくして
平行なレーザ光に成形される。このコリメータレンズ2
2からのレーザ光は、その出力側に設けたビームスプリ
ッタ23により、2つの幅の異なるレーザ光に等強度に
分割される。そして、このビームスプリッタ23からの
分割された2つのレーザ光は、その出力側に設けたレン
ズ24により、測定領域4に2つの幅の異なる焦点とし
て集光される。
Next, the operation of the anemometer of the present embodiment constructed as above will be described. In FIG. 1, the laser light from the red semiconductor laser 21 is shaped into a parallel laser light with its divergence angle reduced by a collimator lens 22 provided on the optical axis thereof. This collimator lens 2
The laser light from 2 is split into two laser lights having different widths with equal intensity by a beam splitter 23 provided on the output side. Then, the two split laser beams from the beam splitter 23 are focused on the measurement region 4 as two focal points having different widths by the lens 24 provided on the output side.

【0028】図2は、この測定領域4の2つの焦点の近
傍を示す拡大図である。すなわち、図2に示すように、
レーザ光の直径は、レンズ24により焦点での2つの幅
の異なる最終直径まで絞られた後、また拡大される。こ
の測定領域4に被測定流体5を流すことにより、被測定
流体5中に存在する微粒子6も、同じ速度で測定領域
4、つまり2つの焦点を通過する。そして、微粒子6が
2つの焦点を通過すると、レーザ光を散乱させ、この散
乱光はレンズ24で平行光にされる。さらに、この平行
光はレンズ25により、半導体受光素子26上に集光さ
れる。
FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of the two focal points of the measurement area 4. That is, as shown in FIG.
The diameter of the laser beam is narrowed down by the lens 24 to two different final diameters at the focal point, and then expanded. By flowing the fluid to be measured 5 into the measurement area 4, the fine particles 6 existing in the fluid to be measured 5 also pass through the measurement area 4, that is, two focal points at the same speed. When the fine particles 6 pass through the two focal points, the laser light is scattered, and the scattered light is collimated by the lens 24. Further, this parallel light is condensed on the semiconductor light receiving element 26 by the lens 25.

【0029】この半導体受光素子26からの出力信号
は、信号処理部27に入力され、そのコンパレータで方
形波に変換される。図3は、この方形波に変換した結果
の一例を示す波形図である。この図3の方形波の幅は、
図2の2つの焦点の幅に対応しており、これより流れの
方向が分かる。
The output signal from the semiconductor light receiving element 26 is input to the signal processing section 27 and converted into a square wave by the comparator. FIG. 3 is a waveform diagram showing an example of the result of conversion into this square wave. The width of the square wave in this Figure 3 is
It corresponds to the width of the two focal points in FIG. 2, from which the direction of flow can be seen.

【0030】さらに、信号処理部27では、半導体受光
素子26からの信号出力の時間間隔が測定され、2つの
焦点間距離をこの時間間隔で除して、被測定流体5の流
速が演算される。
Further, the signal processing unit 27 measures the time interval of signal output from the semiconductor light receiving element 26 and divides the two focal lengths by this time interval to calculate the flow velocity of the fluid 5 to be measured. .

【0031】上述したように、本実施例の流速計におい
ては、赤色半導体レーザ21からのレーザ光を、測定領
域4を形成する2つの焦点に集光させるようにしている
ので、測定領域4に干渉縞を形成するレーザドップラー
流速計よりも多くの反射光量を得ることが可能となる。
これにより、半導体受光素子26での信号処理に十分な
S/N比の電気信号を得ることができる。
As described above, in the anemometer of the present embodiment, the laser light from the red semiconductor laser 21 is focused on the two focal points forming the measurement area 4, so that the measurement area 4 is focused. It is possible to obtain a larger amount of reflected light than a laser Doppler velocimeter that forms interference fringes.
As a result, an electric signal having an S / N ratio sufficient for signal processing in the semiconductor light receiving element 26 can be obtained.

【0032】また、赤色半導体レーザ21から半導体受
光素子26までの光学系を一体にした形態としている、
すなわち光源として赤色半導体レーザ21を用い、2つ
の焦点からの散乱光を半導体受光素子26で受光するよ
うにしているので、測定に際して光軸の調整が不要とな
り、小型な装置とすることができて測定の機動性が増
し、測定場所への携帯および測定のための設定が容易と
なり、正確な測定が簡単かつ容易にできるばかりでな
く、長寿命で保守が容易となる。
Further, the optical system from the red semiconductor laser 21 to the semiconductor light receiving element 26 is integrated.
That is, since the red semiconductor laser 21 is used as the light source and the scattered light from the two focal points is received by the semiconductor light receiving element 26, it is not necessary to adjust the optical axis at the time of measurement, and a small device can be obtained. The mobility of the measurement is increased, it is easy to carry to the measurement place and set for the measurement, and not only the accurate measurement can be performed easily and easily, but also the service life is long and the maintenance is easy.

【0033】以上により、後方散乱方式で流れの方向と
流速測定が可能となると同時に、小型の装置となって簡
単かつ容易にできるばかりでなく、長寿命で保守も容易
なものとなる。
As described above, the backscattering method can be used to measure the flow direction and the flow velocity, and at the same time, not only can a small device be easily and easily provided, but also have a long service life and easy maintenance.

【0034】(第2の実施例)図4は、本発明の第2の
実施例による流速計の構成例を示す概略図であり、図1
と同一要素には同一符号を付して示している。
(Second Embodiment) FIG. 4 is a schematic view showing a structural example of a velocity meter according to a second embodiment of the present invention.
The same elements as those in are denoted by the same reference numerals.

【0035】すなわち、本実施例の流速計は、図4に示
すように、レーザ光を発生する2つの赤色半導体レーザ
31a,31bと、赤色半導体レーザ31a,31bか
らのレーザ光の拡がり角を小さくして幅の異なる平行な
2つのレーザ光を成形するコリメータレンズ32a,3
2bと、コリメータレンズ32a,32bからの2つの
レーザ光を、測定領域4に2つの幅の異なる焦点として
集光させる集光手段であるレンズ24と、レンズ24か
らの測定領域4の2つの幅の異なる焦点からの光をレン
ズ25を介して受光するように設けられた半導体受光素
子26と、半導体受光素子26からの出力信号に基づい
て流れの方向および時間間隔を測定し、2つの焦点間距
離をこの測定された時間間隔で除して(割って)被測定
流体5中に存在する微粒子6の流速を演算処理し出力す
る信号処理部27とから構成している。
That is, in the velocity meter of this embodiment, as shown in FIG. 4, the two red semiconductor lasers 31a and 31b for generating laser light and the divergence angle of the laser light from the red semiconductor lasers 31a and 31b are made small. Collimator lenses 32a, 3 for forming two parallel laser beams having different widths
2b, a lens 24 which is a condensing means for condensing two laser beams from the collimator lenses 32a and 32b into the measurement area 4 as two focal points having different widths, and two widths of the measurement area 4 from the lens 24. Between the two focal points by measuring the flow direction and the time interval based on the output signal from the semiconductor light receiving element 26, which is provided so as to receive light from different focal points through the lens 25. The signal processing unit 27 divides the distance by the measured time interval (divides it) to calculate and output the flow velocity of the fine particles 6 existing in the fluid to be measured 5.

【0036】次に、以上のように構成した本実施例の流
速計の作用について説明する。図4において、2つの赤
色半導体レーザ31a,31bからのレーザ光は、その
光軸上に設けたコリメータレンズ32a,32bによ
り、その拡がり角を小さくして幅の異なる平行な2つの
レーザ光に成形される。このコリメータレンズ32a,
32bからの2つのレーザ光は、その出力側に設けたレ
ンズ24により、測定領域4に2つの幅の異なる焦点と
して集光される。
Next, the operation of the anemometer of the present embodiment constructed as above will be described. In FIG. 4, the laser beams from the two red semiconductor lasers 31a and 31b are shaped into two parallel laser beams having different widths by reducing the divergence angle by the collimator lenses 32a and 32b provided on the optical axes thereof. To be done. This collimator lens 32a,
The two laser beams from 32b are condensed in the measurement region 4 as two focal points having different widths by the lens 24 provided on the output side.

【0037】図2は、この測定領域4の2つの焦点の近
傍を示す拡大図である。すなわち、図2に示すように、
レーザ光の直径は、レンズ24により焦点での2つの幅
の異なる最終直径まで絞られた後、また拡大される。こ
の測定領域4に被測定流体5を流すことにより、被測定
流体5中に存在する微粒子6も、同じ速度で測定領域
4、つまり2つの焦点を通過する。そして、微粒子6が
2つの焦点を通過すると、レーザ光を散乱させ、この散
乱光はレンズ24で平行光にされる。さらに、この平行
光はレンズ25により、半導体受光素子26上に集光さ
れる。
FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of the two focal points of the measurement area 4. That is, as shown in FIG.
The diameter of the laser beam is narrowed down by the lens 24 to two different final diameters at the focal point, and then expanded. By flowing the fluid to be measured 5 into the measurement area 4, the fine particles 6 existing in the fluid to be measured 5 also pass through the measurement area 4, that is, two focal points at the same speed. When the fine particles 6 pass through the two focal points, the laser light is scattered, and the scattered light is collimated by the lens 24. Further, this parallel light is condensed on the semiconductor light receiving element 26 by the lens 25.

【0038】この半導体受光素子26からの出力信号
は、信号処理部27に入力され、そのコンパレータで方
形波に変換される。図3は、この方形波に変換した結果
の一例を示す波形図である。この図3の方形波の幅は、
図2の2つの焦点の幅に対応しており、これより流れの
方向が分かる。
The output signal from the semiconductor light receiving element 26 is input to the signal processing section 27 and converted into a square wave by the comparator. FIG. 3 is a waveform diagram showing an example of the result of conversion into this square wave. The width of the square wave in this Figure 3 is
It corresponds to the width of the two focal points in FIG. 2, from which the direction of flow can be seen.

【0039】さらに、信号処理部27では、半導体受光
素子26からの信号出力の時間間隔が測定され、2つの
焦点間距離をこの時間間隔で除して、被測定流体5の流
速が演算される。
Further, the signal processing unit 27 measures the time interval of signal output from the semiconductor light receiving element 26, divides the two focal lengths by this time interval, and calculates the flow velocity of the fluid 5 to be measured. .

【0040】上述したように、本実施例の流速計におい
ては、2つの赤色半導体レーザ31a,31bからのレ
ーザ光を、測定領域4を形成する2つの焦点に集光させ
るようにしているので、測定領域4に干渉縞を形成する
レーザドップラー流速計よりも多くの反射光量を得るこ
とが可能となる。これにより、半導体受光素子26での
信号処理に十分なS/N比の電気信号を得ることができ
る。
As described above, in the anemometer of this embodiment, the laser beams from the two red semiconductor lasers 31a and 31b are focused on the two focal points forming the measurement area 4, It is possible to obtain a larger amount of reflected light than with a laser Doppler velocimeter that forms interference fringes in the measurement area 4. As a result, an electric signal having an S / N ratio sufficient for signal processing in the semiconductor light receiving element 26 can be obtained.

【0041】また、2つの赤色半導体レーザ31a,3
1bから半導体受光素子26までの光学系を一体にした
形態としている、すなわち光源として赤色半導体レーザ
31a,31bを用い、2つの焦点からの散乱光を半導
体受光素子26で受光するようにしているので、測定に
際して光軸の調整が不要となり、小型な装置とすること
ができて測定の機動性が増し、測定場所への携帯および
測定のための設定が容易となり、正確な測定が簡単かつ
容易にできるばかりでなく、長寿命で保守が容易とな
る。
The two red semiconductor lasers 31a, 3a
The optical system from 1b to the semiconductor light receiving element 26 is integrated, that is, the red semiconductor lasers 31a and 31b are used as the light source, and the scattered light from the two focal points is received by the semiconductor light receiving element 26. , It is not necessary to adjust the optical axis during measurement, and it is possible to make it a compact device, which increases the mobility of measurement, makes it easy to carry it to the measurement location and make settings for measurement, making accurate measurement easy and easy. Not only can it be done, it will have a long life and be easy to maintain.

【0042】以上により、後方散乱方式で流れの方向と
流速測定が可能となると同時に、小型の装置となって簡
単かつ容易にできるばかりでなく、長寿命で保守も容易
なものとなる。
As described above, the backscattering method can be used to measure the flow direction and the flow velocity, and at the same time, the device can be easily and easily made into a small-sized device, and the life is long and the maintenance is easy.

【0043】(第3の実施例)図5は、本発明の第3の
実施例による流速計の構成例を示す概略図であり、図1
および図4と同一要素には同一符号を付して示してい
る。
(Third Embodiment) FIG. 5 is a schematic view showing a structural example of a velocity meter according to a third embodiment of the present invention.
The same elements as those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals.

【0044】すなわち、本実施例の流速計は、図5に示
すように、波長の異なるレーザ光を発生する2つの赤色
半導体レーザ51a,51bと、半導体レーザ51a,
51bからのレーザ光の拡がり角を小さくして平行なレ
ーザ光を成形するコリメータレンズ52a,52bと、
コリメータレンズ52a,52bからの2つのレーザ光
を、測定領域4に2つの焦点として集光させる集光手段
であるレンズ24と、干渉フィルタ55a,55bを介
してレンズ24からの測定領域4の1つの焦点からの光
をレンズ56a,56bを介して受光するように設けら
れた2つの半導体受光素子57a,57bと、各半導体
受光素子57a,57bからの出力信号に基づいて流れ
の方向および時間間隔を測定し、2つの焦点間距離をこ
の測定された時間間隔で除して(割って)被測定流体5
中に存在する微粒子6の流速を演算処理し出力する信号
処理部58とから構成している。
That is, as shown in FIG. 5, the velocity meter of the present embodiment has two red semiconductor lasers 51a and 51b for generating laser beams having different wavelengths and semiconductor lasers 51a and 51a.
Collimator lenses 52a and 52b for forming a parallel laser beam by reducing the spread angle of the laser beam from 51b,
The lens 24 which is a condensing means for condensing the two laser beams from the collimator lenses 52a and 52b into the measurement area 4 as two focal points, and one of the measurement area 4 from the lens 24 via the interference filters 55a and 55b. Two semiconductor light receiving elements 57a and 57b provided so as to receive light from one focus via lenses 56a and 56b, and a flow direction and a time interval based on output signals from the respective semiconductor light receiving elements 57a and 57b. Is measured, and the distance between the two focal points is divided (divided) by this measured time interval.
The signal processing unit 58 is configured to calculate and output the flow velocity of the fine particles 6 present therein.

【0045】次に、以上のように構成した本実施例の流
速計の作用について説明する。図5において、2つの赤
色半導体レーザ51a,51bからのレーザ光は、その
光軸上に設けたコリメータレンズ52a,52bによ
り、その拡がり角を小さくして平行なレーザ光に成形さ
れる。このコリメータレンズ52a,52bからの2つ
のレーザ光は、その出力側に設けたレンズ24により、
測定領域4に2つの焦点として集光される。
Next, the operation of the anemometer of the present embodiment constructed as above will be described. In FIG. 5, the laser beams from the two red semiconductor lasers 51a and 51b are shaped into parallel laser beams with their divergence angles reduced by the collimator lenses 52a and 52b provided on the optical axes thereof. The two laser beams from the collimator lenses 52a and 52b are output by the lens 24 provided on the output side thereof.
The light is focused on the measurement area 4 as two focal points.

【0046】図6は、この測定領域4の2つの焦点の近
傍を示す拡大図である。すなわち、図6に示すように、
レーザ光の直径は、レンズ24により焦点での最終直径
まで絞られた後、また拡大される。この測定領域4に被
測定流体5を流すことにより、被測定流体5中に存在す
る微粒子6も、同じ速度で測定領域4、すなわち2つの
焦点を通過する。そして、微粒子6が2つの焦点を通過
すると、レーザ光を散乱させ、この散乱光はレンズ24
で平行光にされる。さらに、この平行光は、干渉フィル
タ55a,55bにより散乱光の一方の光のみが選択さ
れて、レンズ56a,56bにより、半導体受光素子5
7a,57b上に集光される。
FIG. 6 is an enlarged view showing the vicinity of the two focal points of the measurement area 4. That is, as shown in FIG.
The diameter of the laser beam is narrowed down to the final diameter at the focus by the lens 24 and then expanded. By flowing the fluid to be measured 5 into the measurement area 4, the fine particles 6 existing in the fluid to be measured 5 also pass through the measurement area 4, that is, two focal points at the same speed. When the fine particles 6 pass through the two focal points, the laser light is scattered, and the scattered light is reflected by the lens 24.
Is collimated by. Further, as for this parallel light, only one of scattered light is selected by the interference filters 55a and 55b, and the semiconductor light receiving element 5 is selected by the lenses 56a and 56b.
The light is focused on 7a and 57b.

【0047】この半導体受光素子26からの出力信号
は、信号処理部58に入力され、信号処理部58では、
半導体受光素子57a,57bからの信号出力の時間差
より、流れの方向が分かる。
The output signal from the semiconductor light receiving element 26 is input to the signal processing section 58, and in the signal processing section 58,
The direction of flow can be known from the time difference between the signal outputs from the semiconductor light receiving elements 57a and 57b.

【0048】さらに、信号処理部58では、半導体受光
素子57a,57bからの信号出力の時間間隔が測定さ
れ、2つの焦点間距離をこの時間間隔で除して、被測定
流体5の流速が演算される。
Further, the signal processing unit 58 measures the time interval of signal output from the semiconductor light receiving elements 57a and 57b, divides the two focal lengths by this time interval, and calculates the flow velocity of the fluid to be measured 5. To be done.

【0049】上述したように、本実施例の流速計におい
ては、2つの赤色半導体レーザ51a,51bからのレ
ーザ光を、測定領域4を形成する2つの焦点に集光させ
るようにしているので、測定領域4に干渉縞を形成する
レーザドップラー流速計よりも多くの反射光量を得るこ
とが可能となる。これにより、半導体受光素子57a,
57bの信号処理に十分なS/N比の電気信号を得るこ
とができる。
As described above, in the anemometer of this embodiment, the laser beams from the two red semiconductor lasers 51a and 51b are focused on the two focal points forming the measurement area 4, It is possible to obtain a larger amount of reflected light than with a laser Doppler velocimeter that forms interference fringes in the measurement area 4. As a result, the semiconductor light receiving element 57a,
An electric signal having an S / N ratio sufficient for the signal processing of 57b can be obtained.

【0050】また、2つの赤色半導体レーザ51a,5
1bから半導体受光素子57a,57bまでの光学系を
一体にした形態としている、すなわち光源として赤色半
導体レーザ51a,51bを用い、2つの焦点からの散
乱光を半導体受光素子57a,57bで受光するように
しているので、測定に際して光軸の調整が不要となり、
小型な装置とすることができて測定の機動性が増し、測
定場所への携帯および測定のための設定が容易となり、
正確な測定が簡単かつ容易にできるばかりでなく、長寿
命で保守が容易となる。
Two red semiconductor lasers 51a and 5a
The optical system from 1b to the semiconductor light receiving elements 57a and 57b is integrated, that is, the red semiconductor lasers 51a and 51b are used as the light source so that the scattered light from two focal points is received by the semiconductor light receiving elements 57a and 57b. Therefore, it is not necessary to adjust the optical axis during measurement,
It is possible to make it a small device and increase the mobility of the measurement, and it becomes easy to carry it to the measurement place and set it for the measurement,
Not only is accurate measurement simple and easy, but it also has a long service life and easy maintenance.

【0051】以上により、後方散乱方式で流れの方向と
流速測定が可能となると同時に、小型の装置となって簡
単かつ容易にできるばかりでなく、長寿命で保守も容易
なものとなる。
As described above, the backscattering method can be used to measure the flow direction and the flow velocity, and at the same time, not only can a small device be easily and easily provided, but it can also have a long life and be easily maintained.

【0052】(第4の実施例)図7は、本発明の第4の
実施例による流速計の構成例を示す概略図であり、図
1、図4、および図5と同一要素には同一符号を付して
示している。
(Fourth Embodiment) FIG. 7 is a schematic diagram showing a structural example of a velocity meter according to a fourth embodiment of the present invention. The same elements as those in FIGS. 1, 4 and 5 are the same. It is shown with reference numerals.

【0053】すなわち、本実施例の流速計は、図7に示
すように、レーザ光を発生する赤色半導体レーザ71
と、赤色半導体レーザ71からのレーザ光の拡がり角を
小さくして平行なレーザ光を成形するコリメータレンズ
72と、コリメータレンズ72からのレーザ光を2つの
レーザ光に分割し、かつ偏光方向を変える偏光プリズム
であるウォラストンプリズム73と、ウォラストンプリ
ズム73からの2つのレーザ光を、測定領域4に2つの
焦点として集光させる集光手段であるレンズ24と、偏
光フィルタ75a,75bを介してレンズ24からの測
定領域4の1つの焦点からの光をレンズ76a,76b
を介して受光するように設けられた2つの半導体受光素
子77a,77bと、各半導体受光素子77a,77b
からの出力信号に基づいて流れの方向および時間間隔を
測定し、2つの焦点間距離を当該測定された時間間隔で
除して(割って)被測定流体5中に存在する微粒子6の
流速を演算処理し出力する信号処理部78とから構成し
ている。
That is, as shown in FIG. 7, the velocity meter of the present embodiment has a red semiconductor laser 71 for generating laser light.
And a collimator lens 72 for forming a parallel laser beam by reducing the divergence angle of the laser beam from the red semiconductor laser 71, and dividing the laser beam from the collimator lens 72 into two laser beams and changing the polarization direction. A Wollaston prism 73, which is a polarizing prism, a lens 24, which is a condensing unit that condenses the two laser beams from the Wollaston prism 73 into two focal points on the measurement region 4, and polarization filters 75a and 75b. Light from one focal point of the measurement region 4 from the lens 24 is reflected by the lenses 76a and 76b.
Two semiconductor light receiving elements 77a, 77b provided so as to receive light via
The flow direction and the time interval are measured on the basis of the output signal from and the two inter-focus distances are divided (divided) by the measured time interval to obtain the flow velocity of the fine particles 6 existing in the fluid to be measured 5. It is composed of a signal processing unit 78 that performs arithmetic processing and outputs.

【0054】次に、以上のように構成した本実施例の流
速計の作用について説明する。図7において、赤色半導
体レーザ71からのレーザ光は、その光軸上に設けたコ
リメータレンズ72により、その拡がり角を小さくして
平行なレーザ光に成形される。このコリメータレンズ7
2からのレーザ光は、その出力側に設けたウォラストン
プリズム73により、2つのレーザ光に等強度に分割さ
れ、かつ偏光方向が変えられ、測定領域4に2つの焦点
として集光される。
Next, the operation of the anemometer of the present embodiment constructed as above will be described. In FIG. 7, the laser light from the red semiconductor laser 71 is shaped into parallel laser light with its divergence angle reduced by a collimator lens 72 provided on its optical axis. This collimator lens 7
The Wollaston prism 73 provided on the output side splits the laser beam from 2 into two laser beams of equal intensity, changes the polarization direction, and focuses the laser beam on the measurement region 4 as two focal points.

【0055】図6は、この測定領域4の2つの焦点の近
傍を示す拡大図である。すなわち、図6に示すように、
レーザ光の直径は、レンズ24により焦点での最終直径
まで絞られた後、また拡大される。この測定領域4に被
測定流体5を流すことにより、被測定流体5中に存在す
る微粒子6も、同じ速度で測定領域4、すなわち2つの
焦点を通過する。そして、微粒子6が2つの焦点を通過
すると、レーザ光を散乱させ、この散乱光はレンズ24
で平行光にされる。さらに、この平行光は、偏光フィル
タ75a,75bにより散乱光の一方の光のみが選択さ
れて、レンズ76a,76bにより、半導体受光素子7
7a,77b上に集光される。
FIG. 6 is an enlarged view showing the vicinity of the two focal points of the measurement area 4. That is, as shown in FIG.
The diameter of the laser beam is narrowed down to the final diameter at the focus by the lens 24 and then expanded. By flowing the fluid to be measured 5 into the measurement area 4, the fine particles 6 existing in the fluid to be measured 5 also pass through the measurement area 4, that is, two focal points at the same speed. When the fine particles 6 pass through the two focal points, the laser light is scattered, and the scattered light is reflected by the lens 24.
Is collimated by. Further, as for this parallel light, only one of scattered light is selected by the polarization filters 75a and 75b, and the semiconductor light receiving element 7 is selected by the lenses 76a and 76b.
It is focused on 7a and 77b.

【0056】この半導体受光素子77a,77bからの
出力信号は、信号処理部78に入力され、信号処理部7
8では、半導体受光素子77a,77bからの信号出力
の時間差より、流れの方向が分かる。
The output signals from the semiconductor light receiving elements 77a and 77b are input to the signal processing section 78, and the signal processing section 7 receives the signals.
8, the direction of the flow can be known from the time difference between the signal outputs from the semiconductor light receiving elements 77a and 77b.

【0057】さらに、信号処理部78では、半導体受光
素子77a,77bからの信号出力の時間間隔が測定さ
れ、2つの焦点間距離をこの時間間隔で除して、被測定
流体5の流速が演算される。
Further, the signal processing unit 78 measures the time interval of signal output from the semiconductor light receiving elements 77a and 77b, divides the two focal lengths by this time interval, and calculates the flow velocity of the fluid to be measured 5. To be done.

【0058】上述したように、本実施例の流速計におい
ては、赤色半導体レーザ71からのレーザ光を、測定領
域4を形成する2つの焦点に集光させるようにしている
ので、測定領域4に干渉縞を形成するレーザドップラー
流速計よりも多くの反射光量を得ることが可能となる。
これにより、半導体受光素子77a,77bの信号処理
に十分なS/N比の電気信号を得ることができる。
As described above, in the anemometer of the present embodiment, the laser light from the red semiconductor laser 71 is focused on the two focal points forming the measurement area 4, so that the measurement area 4 is focused. It is possible to obtain a larger amount of reflected light than a laser Doppler velocimeter that forms interference fringes.
As a result, an electric signal having an S / N ratio sufficient for signal processing of the semiconductor light receiving elements 77a and 77b can be obtained.

【0059】また、赤色半導体レーザ71から半導体受
光素子77a,77bまでの光学系を一体にした形態と
している、すなわち光源として赤色半導体レーザ71を
用い、2つの焦点からの散乱光を半導体受光素子77
a,77bで受光するようにしているので、測定に際し
て光軸の調整が不要となり、小型な装置とすることがで
きて測定の機動性が増し、測定場所への携帯および測定
のための設定が容易となり、正確な測定が簡単かつ容易
にできるばかりでなく、長寿命で保守が容易となる。
Further, the optical system from the red semiconductor laser 71 to the semiconductor light receiving elements 77a and 77b is integrated, that is, the red semiconductor laser 71 is used as a light source, and scattered light from two focal points is received by the semiconductor light receiving element 77.
Since the light is received by a and 77b, there is no need to adjust the optical axis during measurement, the device can be made compact and the mobility of measurement is increased, and it is possible to carry it to the measurement location and make settings for measurement. Not only is it easier and more accurate to make accurate measurements, but it also has a longer life and easier maintenance.

【0060】以上により、後方散乱方式で流れの方向と
流速測定が可能となると同時に、小型の装置となって簡
単かつ容易にできるばかりでなく、長寿命で保守も容易
なものとなる。
As described above, the direction of the flow and the flow velocity can be measured by the backscattering method, and at the same time, not only a small device can be easily and easily provided, but also a long life and easy maintenance are possible.

【0061】(第5の実施例)図8は、本発明の第5の
実施例による流速計の構成例を示す概略図であり、図
1、図4、図5、および図7と同一要素には同一符号を
付して示している。
(Fifth Embodiment) FIG. 8 is a schematic view showing a structural example of a velocity meter according to a fifth embodiment of the present invention, which is the same element as that of FIGS. 1, 4, 5, and 7. Are denoted by the same reference numerals.

【0062】すなわち、本実施例の流速計は、図8に示
すように、波長の異なるレーザ光を発生する2つの赤色
半導体レーザ81a,81bと、赤色半導体レーザ81
a,81bからのレーザ光の拡がり角を小さくして幅の
異なる平行なレーザ光を成形するコリメータレンズ82
a,82bと、コリメータレンズ82a,82bからの
2つのレーザ光を、測定領域4に2つの幅の異なる焦点
として集光させる集光手段であるレンズ24と、干渉フ
ィルタ55a,55bを介してレンズ24からの測定領
域4の1つの焦点からの光をレンズ56a,56bを介
して受光するように設けられた2つの半導体受光素子5
7a,57bと、各半導体受光素子57a,57bから
の出力信号に基づいて流れの方向および時間間隔を測定
し、2つの焦点間距離をこの測定された時間間隔で除し
て(割って)被測定流体5中に存在する微粒子6の流速
を演算処理し出力する信号処理部88とから構成してい
る。
That is, as shown in FIG. 8, the anemometer of the present embodiment has two red semiconductor lasers 81a and 81b for generating laser beams having different wavelengths and a red semiconductor laser 81.
Collimator lens 82 for forming parallel laser beams having different widths by reducing the divergence angle of the laser beams from a and 81b
a, 82b, a lens 24 which is a condensing means for condensing the two laser beams from the collimator lenses 82a, 82b as two focal points having different widths in the measurement region 4, and the lenses via the interference filters 55a, 55b. Two semiconductor light receiving elements 5 provided so as to receive the light from one focal point of the measurement area 4 from 24 via the lenses 56a and 56b.
7a and 57b and the output signals from the respective semiconductor light receiving elements 57a and 57b, the flow direction and the time interval are measured, and the two focal lengths are divided (divided) by the measured time interval. The signal processing unit 88 is configured to calculate and output the flow velocity of the fine particles 6 existing in the measurement fluid 5.

【0063】次に、以上のように構成した本実施例の流
速計の作用について説明する。図8において、2つの赤
色半導体レーザ81a,81bからのレーザ光は、その
光軸上に設けたコリメータレンズ82a,82bによ
り、そのレーザ光の拡がり角を小さくして幅の異なる平
行なレーザ光が成形される。このコリメータレンズ82
a,82bからの2つのレーザ光は、その出力側に設け
たレンズ24により、測定領域4に2つの幅の異なる焦
点として集光される。
Next, the operation of the anemometer of the present embodiment constructed as above will be described. In FIG. 8, the laser lights from the two red semiconductor lasers 81a and 81b are collimated by the collimator lenses 82a and 82b provided on the optical axes thereof so that the divergence angles of the laser lights are reduced and parallel laser lights having different widths are obtained. Molded. This collimator lens 82
The two laser beams from a and 82b are focused on the measurement region 4 as two focal points having different widths by the lens 24 provided on the output side.

【0064】図2は、この測定領域4の2つの焦点の近
傍を示す拡大図である。すなわち、図2に示すように、
レーザ光の直径は、レンズ24により焦点での2つの幅
の異なる最終直径まで絞られた後、また拡大される。こ
の測定領域4に被測定流体5を流すことにより、被測定
流体5中に存在する微粒子6も、同じ速度で測定領域
4、つまり2つの焦点を通過する。そして、微粒子6が
2つの焦点を通過すると、レーザ光を散乱させ、この散
乱光はレンズ24で平行光にされる。さらに、この平行
光は、干渉フィルタ55a,55bにより散乱光の一方
の光のみが選択され、レンズ56a,56bにより、半
導体受光素子57a,57b上に集光される。
FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of the two focal points of the measurement area 4. That is, as shown in FIG.
The diameter of the laser beam is narrowed down by the lens 24 to two different final diameters at the focal point, and then expanded. By flowing the fluid to be measured 5 into the measurement area 4, the fine particles 6 existing in the fluid to be measured 5 also pass through the measurement area 4, that is, two focal points at the same speed. When the fine particles 6 pass through the two focal points, the laser light is scattered, and the scattered light is collimated by the lens 24. Further, only one of the scattered lights of the parallel light is selected by the interference filters 55a and 55b, and is focused on the semiconductor light receiving elements 57a and 57b by the lenses 56a and 56b.

【0065】この半導体受光素子57a,57bからの
出力信号は、信号処理部88に入力され、そのコンパレ
ータで方形波に変換され、幅および時間差の測定によ
り、流れの方向の測定精度が上がる。
The output signals from the semiconductor light receiving elements 57a and 57b are input to the signal processing unit 88, converted into a square wave by the comparator, and the measurement accuracy in the flow direction is improved by measuring the width and the time difference.

【0066】さらに、信号処理部88では、半導体受光
素子57a,57bからの信号出力の時間間隔が測定さ
れ、2つの焦点間距離をこの時間間隔で除して、被測定
流体5の流速が演算される。
Further, the signal processing unit 88 measures the time interval of signal output from the semiconductor light receiving elements 57a and 57b, divides the two focal lengths by this time interval, and calculates the flow velocity of the fluid to be measured 5. To be done.

【0067】上述したように、本実施例の流速計におい
ては、2つの赤色半導体レーザ81a,81bからのレ
ーザ光を、測定領域4を形成する2つの焦点に集光させ
るようにしているので、測定領域4に干渉縞を形成する
レーザドップラー流速計よりも多くの反射光量を得るこ
とが可能となる。これにより、半導体受光素子57a,
57bの信号処理に十分なS/N比の電気信号を得るこ
とができる。
As described above, in the anemometer of this embodiment, the laser light from the two red semiconductor lasers 81a and 81b is focused on the two focal points forming the measurement area 4, It is possible to obtain a larger amount of reflected light than with a laser Doppler velocimeter that forms interference fringes in the measurement area 4. As a result, the semiconductor light receiving element 57a,
An electric signal having an S / N ratio sufficient for the signal processing of 57b can be obtained.

【0068】また、2つの赤色半導体レーザ81a,8
1bから半導体受光素子57a,57bまでの光学系を
一体にした形態としている、すなわち光源として2つの
赤色半導体レーザ81a,81bを用い、2つの焦点か
らの散乱光を半導体受光素子57a,57bで受光する
ようにしているので、測定に際して光軸の調整が不要と
なり、小型な装置とすることができて測定の機動性が増
し、測定場所への携帯および測定のための設定が容易と
なり、正確な測定が簡単かつ容易にできるばかりでな
く、長寿命で保守が容易となる。
The two red semiconductor lasers 81a and 81a
The optical system from 1b to the semiconductor light receiving elements 57a and 57b is integrated, that is, two red semiconductor lasers 81a and 81b are used as light sources, and the scattered light from two focal points is received by the semiconductor light receiving elements 57a and 57b. Since it does not require adjustment of the optical axis at the time of measurement, it can be made a small device, the mobility of measurement increases, and it becomes easy to carry it to the measurement place and set it for measurement. Not only is the measurement easy and easy, but it also has a long life and is easy to maintain.

【0069】以上により、後方散乱方式で流れの方向と
流速測定が可能となると同時に、小型の装置となって簡
単かつ容易にできるばかりでなく、長寿命で保守も容易
なものとなる。
As described above, it is possible to measure the flow direction and the flow velocity by the backscattering method, and at the same time, not only can a small device be easily and easily provided, but also have a long service life and easy maintenance.

【0070】尚、上記各実施例では、半導体レーザとし
て、赤色半導体レーザを用いる場合について説明した
が、これに限らず、半導体レーザとして、赤色以外の色
の半導体レーザを用いる場合についても、本発明を同様
に適用して、前述と同様の効果が得られるものである。
In each of the above embodiments, the case where the red semiconductor laser is used as the semiconductor laser has been described, but the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to the case where a semiconductor laser of a color other than red is used as the semiconductor laser. Is similarly applied, and the same effect as described above can be obtained.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
くの反射光量が得られ、小型で移動し易く、正確な測定
が簡単かつ容易にでき、しかも流れの方向を得ることが
可能な流速計が提供できる。
As described above, according to the present invention, many
Accurate measurement with a small amount of reflected light, easy to move and compact
Is easy and easy, and can get the flow direction
A possible anemometer can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による流速計の第1の実施例を示す概略
構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a velocity meter according to the present invention.

【図2】同第1の実施例における測定領域を示す拡大
図。
FIG. 2 is an enlarged view showing a measurement area in the first embodiment.

【図3】同第1の実施例における信号処理部内のコンパ
レータよりの信号出力の一例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of signal output from a comparator in the signal processing unit in the first embodiment.

【図4】本発明による流速計の第2の実施例を示す概略
構成図。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the velocity meter according to the present invention.

【図5】本発明による流速計の第3の実施例を示す概略
構成図。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the velocity meter according to the present invention.

【図6】同第3の実施例における測定領域を示す拡大
図。
FIG. 6 is an enlarged view showing a measurement region in the third embodiment.

【図7】本発明による流速計の第4の実施例を示す概略
構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the velocity meter according to the present invention.

【図8】本発明による流速計の第5の実施例を示す概略
構成図。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a fifth embodiment of the velocity meter according to the present invention.

【図9】従来の流速計の構成例を示す概略図。FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration example of a conventional velocity meter.

【図10】従来の半導体レーザ2焦点流速計の構成例を
示す概略図。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration example of a conventional semiconductor laser two-focus velocimeter.

【図11】同半導体レーザ2焦点流速計における測定領
域を示す拡大図。
FIG. 11 is an enlarged view showing a measurement region in the semiconductor laser two-focus velocimeter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4…測定領域、5…被測定流体、6…微粒子、21,3
1a,31b,51a,51b,71,81a,81b
…赤色半導体レーザ、22,32a,32b,52a,
52b,72,82a,82b…コリメータレンズ、2
3,73…ビームスプリッタ、24…レンズ、25,5
6a,56b,76a,76b…レンズ、55a,55
b…干渉フィルタ、75a,75b…偏光フィルタ、2
6,57a,57b,77a,77b…半導体受光素
子、24,58,78,88…信号処理部。
4 ... Measuring area, 5 ... Fluid to be measured, 6 ... Fine particles, 21, 3
1a, 31b, 51a, 51b, 71, 81a, 81b
... Red semiconductor lasers, 22, 32a, 32b, 52a,
52b, 72, 82a, 82b ... Collimator lens, 2
3, 73 ... Beam splitter, 24 ... Lens, 25, 5
6a, 56b, 76a, 76b ... Lens, 55a, 55
b ... interference filter, 75a, 75b ... polarization filter, 2
6, 57a, 57b, 77a, 77b ... Semiconductor light receiving element, 24, 58, 78, 88 ... Signal processing section.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子
の速度を測定し、当該速度を被測定流体速度として出力
する流速計において、 レーザ光を発生する半導体レーザと、 前記半導体レーザからのレーザ光の拡がり角を小さくし
て平行なレーザ光を成形するコリメータレンズと、 前記コリメータレンズからのレーザ光を2つの幅の異な
るレーザ光に分割するビームスプリッタと、 前記ビームスプリッタからの分割された2つのレーザ光
を、測定領域に2つの幅の異なる焦点として集光させる
集光手段と、 前記集光手段からの測定領域の2つの幅の異なる焦点か
らの光を受光するように設けられた半導体受光素子と、 前記半導体受光素子からの出力信号に基づいて流れの方
向および時間間隔を測定し、前記2つの焦点間距離を当
該測定された時間間隔で除して前記被測定流体の流速を
演算処理し出力する信号処理手段と、 を備えて成ることを特徴とする流速計。
1. A velocity meter for measuring the velocity of fine particles in a fluid to be measured using laser light and outputting the velocity as the fluid velocity to be measured. A collimator lens that forms a parallel laser beam by reducing the divergence angle of the laser beam, a beam splitter that splits the laser beam from the collimator lens into two laser beams having different widths, and a beam splitter that splits the beam from the beam splitter. Condensing means for condensing the two laser beams into the measurement area as two focal points having different widths, and light converging means for receiving light from the focal points having two different widths in the measuring area. A semiconductor light receiving element and a flow direction and a time interval are measured based on an output signal from the semiconductor light receiving element, and the two focal lengths are measured. And a signal processing means for calculating and outputting the flow velocity of the fluid to be measured divided by a time interval.
【請求項2】 レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子
の速度を測定し、当該速度を被測定流体速度として出力
する流速計において、 レーザ光を発生する2つの半導体レーザと、 前記半導体レーザからのレーザ光の拡がり角を小さくし
て幅の異なる平行な2つのレーザ光を成形するコリメー
タレンズと、 前記コリメータレンズからの2つのレーザ光を、測定領
域に2つの幅の異なる焦点として集光させる集光手段
と、 前記集光手段からの測定領域の2つの幅の異なる焦点か
らの光を受光するように設けられた半導体受光素子と、 前記半導体受光素子からの出力信号に基づいて流れの方
向および時間間隔を測定し、前記2つの焦点間距離を当
該測定された時間間隔で除して前記被測定流体の流速を
演算処理し出力する信号処理手段と、 を備えて成ることを特徴とする流速計。
2. A velocity meter for measuring the velocity of fine particles in a fluid to be measured using laser light and outputting the velocity as the fluid velocity to be measured, two semiconductor lasers generating laser light, and the semiconductor laser. Collimator lens for forming two parallel laser beams having different widths by reducing the divergence angle of the laser beam from the laser beam, and condensing the two laser beams from the collimator lens as two focal points having different widths in the measurement area. And a semiconductor light receiving element provided so as to receive light from two focal points having different widths in the measurement region from the light collecting means, and a flow of light based on an output signal from the semiconductor light receiving element. Signal processing means for measuring a direction and a time interval, dividing the two focal lengths by the measured time interval, and processing and outputting the flow velocity of the fluid to be measured. An anemometer characterized by comprising:
【請求項3】 レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子
の速度を測定し、当該速度を被測定流体速度として出力
する流速計において、 波長の異なるレーザ光を発生する2つの半導体レーザ
と、 前記半導体レーザからのレーザ光の拡がり角を小さくし
て幅の異なる平行なレーザ光を成形するコリメータレン
ズと、 前記コリメータレンズからの2つのレーザ光を、測定領
域に2つの幅の異なる焦点として集光させる集光手段
と、 干渉フィルタを介して前記集光手段からの測定領域の1
つの焦点からの光を受光するように設けられた2つの半
導体受光素子と、 前記各半導体受光素子からの出力信号に基づいて流れの
方向および時間間隔を測定し、前記2つの焦点間距離を
当該測定された時間間隔で除して前記被測定流体の流速
を演算処理し出力する信号処理手段と、 を備えて成ることを特徴とする流速計。
3. Fine particles in a fluid to be measured using laser light
Of the measured fluid velocity is output as the measured fluid velocity.
At a flow rate meter for two semiconductor lasers for generating laser beams having different wavelengths
And reduce the divergence angle of the laser light from the semiconductor laser.
Collimator lens for forming parallel laser beams with different widths
And the two laser beams from the collimator lens
Condensing means for converging two focal points with different widths in the area
And one of the measurement areas from the condensing means via the interference filter.
Two halves arranged to receive light from one focal point
Based on the output signals from the conductor light receiving element and the semiconductor light receiving elements,
The direction and the time interval are measured, and the distance between the two focal points is calculated.
Flow velocity of the fluid to be measured divided by the measured time interval
And a signal processing means for processing and outputting the signal .
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