JP6918616B2

JP6918616B2 - 計測装置

Info

Publication number: JP6918616B2
Application number: JP2017146914A
Authority: JP
Inventors: 智夫五明; 敬佑國井
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-07-28
Also published as: JP2019024934A

Description

本明細書に開示する技術は、計測装置に関する。

特許文献１には、管（血管）を流れる流体（血液）中の粒子（赤血球）の速度を計測する計測装置が開示されている。この計測装置は、発光素子と受光素子と処理部を備えている。発光素子は、管を流れる流体に向けて光を発光する。受光素子は、発光素子が発光した光が流体中の粒子で散乱することによって生じた散乱光を受光する。処理部は、受光素子が受光した散乱光の周波数に基づいて流体中の粒子の速度を演算する。

特開２００８−２７２０８５号公報

特許文献１の計測装置では、管を流れる流体の流速が遅くなると、流体中の粒子の速度の実測値と理論値が乖離することがあり、粒子の速度を精度良く計測できないことがあった。この原因は、流体中の粒子がブラウン運動をしており、発光素子が発光した光が流体中の粒子で散乱するときに粒子のブラウン運動の影響を受けるからであると考えられる。そこで本明細書は、流体中の粒子の速度を精度良く計測することができる技術を提供する。

本明細書に開示する計測装置は、管を流れる流体中の粒子の速度を計測する。この計測装置は、前記管の軸方向に沿って並んでいる発光素子と受光素子を備えている第１計測部と、前記管の軸方向と直交する方向に沿って並んでいる発光素子と受光素子を備えている第２計測部と、処理部を備えている。前記第１計測部の発光素子が前記管を流れる流体に向けて光を発光し、その光が流体中の粒子で散乱し、それによって生じた散乱光のうち前記第１計測部に向かって進行する第１散乱光を前記第１計測部の受光素子が受光する。また、前記第２計測部の発光素子が前記管を流れる流体に向けて光を発光し、その光が流体中の粒子で散乱し、それによって生じた散乱光のうち前記第２計測部に向かって進行する第２散乱光を前記第２計測部の受光素子が受光する。前記処理部が、前記第１計測部の受光素子が受光した第１散乱光の周波数と前記第２計測部の受光素子が受光した第２散乱光の周波数に基づいて前記管の軸方向における流体中の粒子の速度を演算する。

管を流れる流体中の粒子はブラウン運動をしている。そのため、発光素子が発光した光が流体中の粒子で散乱するときに粒子のブラウン運動の影響を受けることになる。上記の構成では、第１計測部の発光素子と第２計測部の発光素子が発光した光が粒子で散乱するときに粒子のブラウン運動の影響を受けることになる。したがって、光の散乱によって生じる第１散乱光と第２散乱光が粒子のブラウン運動の影響を受けることになる。その第１散乱光を第１計測部の受光素子が受光し、第２散乱光を第２計測部の受光素子が受光する。上記の構成によれば、第１計測部の発光素子と受光素子が管の軸方向に沿って並んでいるので、第１計測部によって管の軸方向における計測を行うことができる。また、第２計測部の発光素子と受光素子が管の軸方向と直交する方向に沿って並んでいるので、第２計測部によって管の軸方向と直交する方向における計測を行うことができる。そして、処理部が第１散乱光の周波数と第２散乱光の周波数に基づいて管の軸方向における流体中の粒子の速度を演算するので、異なる方向（管の軸方向とそれに直交する方向）に進行する第１散乱光と第２散乱光を考慮することによって粒子のブラウン運動の影響を除去することができる。ブラウン運動の影響を除去することによって、流体中の粒子の速度を精度良く計測することができる。

上記の計測装置は、前記管を挟んで向かい合っている発光素子と受光素子を備えている第３計測部を更に備えていてもよい。前記第３計測部の発光素子が前記管を流れる流体に向けて光を発光し、その光が前記管と流体を通過し、前記管と流体を通過した光を前記第３計測部の受光素子が受光してもよい。また、前記処理部が、前記第３計測部の受光素子が受光した光の受光量に基づいて前記管を流れる流体中の散乱粒子密度を演算してもよい。

流体中の散乱粒子密度は流体中の粒子の速度を演算する際に影響を与えるので、この散乱粒子密度を演算することによって流体中の粒子の速度を更に精度良く求めることができる。

上記の計測装置では、前記第１計測部と前記第２計測部が、発光素子を共有していてもよい。

この構成では、第１計測部と第２計測部の共有の発光素子が発光した光が流体中の粒子で散乱し、それによって生じた散乱光のうち第１計測部に向かって進行する第１散乱光を第１計測部の受光素子が受光する。また、光の散乱によって生じた散乱光のうち第２計測部に向かって進行する第２散乱光を第２計測部の受光素子が受光する。したがって、第１計測部と第２計測部の共有の発光素子による一度の発光のみで第１散乱光と第２計測部を受光することができる。第１計測部と第２計測部で発光素子を共有することによって、計測装置をコンパクトにすることができ、コンパクトな計測装置によって流体中の粒子の速度を精度良く計測することができる。

上記の計測装置では、前記第１計測部と前記第２計測部が、受光素子を共有していてもよい。

この構成では、第１計測部の発光素子が発光した光の散乱によって生じる第１散乱光を第１計測部と第２計測部の共有の受光素子が受光する。また、第２計測部の発光素子が発光した光の散乱によって生じる第２散乱光を第１計測部と第２計測部の共有の受光素子が受光する。共有の受光素子が第１散乱光と第２散乱光の両方を受光する。この構成によれば、第１計測部と第２計測部で受光素子を共有することによって、計測装置をコンパクトにすることができ、コンパクトな計測装置によって流体中の粒子の速度を精度良く計測することができる。

上記の計測装置では、前記第１計測部と前記第３計測部が、発光素子を共有しており、前記第２計測部と前記第３計測部が、受光素子を共有していてもよい。

この構成では、第１計測部と第３計測部の共有の発光素子が発光した光の一部が流体中の粒子で散乱して散乱光が生じると共に、共有の発光素子が発光した光の他の一部が管と流体を通過する。光の散乱で生じた散乱光のうち第１計測部に向かって進行する第１散乱光を第１計測部の受光素子が受光する。また、管と流体を通過した光を第２計測部と第３計測部の共有の受光素子が受光する。したがって、第１計測部と第３計測部の共有の発光素子による一度の発光のみで第１散乱光と通過光を受光することができる。また、第２計測部の発光素子が発光した光の散乱によって生じる第２散乱光を第２計測部と第３計測部の共有の受光素子が受光する。第２計測部と第３計測部の共有の受光素子が、通過光と第２散乱光の両方を受光する。この構成によれば、第１計測部と第３計測部で発光素子を共有することによって、計測装置をコンパクトにすることができる。また、第２計測部と第３計測部で受光素子を共有することによって、計測装置をコンパクトにすることができる。よって、コンパクトな計測装置によって流体中の粒子の速度を精度良く計測することができる。

あるいは、上記の計測装置では、前記第２計測部と前記第３計測部が、発光素子を共有しており、前記第１計測部と前記第３計測部が、受光素子を共有していてもよい。

この構成では、第２計測部と第３計測部の共有の発光素子が発光した光の一部が流体中の粒子で散乱して散乱光が生じると共に、共有の発光素子が発光した光の他の一部が管と流体を通過する。光の散乱で生じた散乱光のうち第２計測部に向かって進行する第２散乱光を第２計測部の受光素子が受光する。また、管と流体を通過した光を第１計測部と第３計測部の共有の受光素子が受光する。したがって、第２計測部と第３計測部の共有の発光素子による一度の発光のみで第２散乱光と通過光を受光することができる。また、第１計測部の発光素子が発光した光の散乱によって生じる第１散乱光を第１計測部と第３計測部の共有の受光素子が受光する。第１計測部と第３計測部の共有の受光素子が、通過光と第１散乱光の両方を受光する。この構成によれば、第２計測部と第３計測部で発光素子を共有することによって、計測装置をコンパクトにすることができる。また、第１計測部と第３計測部で受光素子を共有することによって、計測装置をコンパクトにすることができる。よって、コンパクトな計測装置によって流体中の粒子の速度を精度良く計測することができる。

また、上記の計測装置では、前記処理部が、第１散乱光の周波数に基づいて前記管の軸方向における流体中の粒子の第１速度を演算し、第２散乱光の周波数に基づいて前記管の軸方向と直交する方向における流体中の粒子の第２速度を演算し、第１速度から第２速度を差し引くことによって流体中の粒子のブラウン運動の影響を除去した粒子の速度を演算してもよい。

この構成によれば、第１速度と第２速度を用いた簡易な演算によって流体中の粒子のブラウン運動の影響を除去することができ、粒子の速度の精度良い計測を簡易に行うことができる。

第１実施例に係る管と計測装置の平面図である。図１のII−II断面図である。図１のIII−III断面図である。実施例に係る計測装置のブロック図である。第２実施例に係る管と計測装置の平面図である。図５のVI−VI断面図である。図５のVII−VII断面図である。第３実施例に係る管と計測装置の平面図である。図８のIX−IX断面図である。図８のX−X断面図である。第４実施例に係る管と計測装置の平面図である。図１１のXII−XII断面図である。図１１のXIII−XIII断面図である。

［第１実施例］
実施例に係る計測装置１について図面を参照して説明する。第１実施例に係る計測装置１は、図１、図２及び図３に示すように、透明な管４０に固定されて使用される。管４０内には流路４２が形成されており、その流路４２に流体Ｆが流れている。流体Ｆは管４０の軸方向（長手方向）に沿って流れている。管４０を流れる流体Ｆ中には無数の粒子Ｒが存在している。無数の粒子Ｒは流体Ｆ中に拡散して存在している。

計測装置１は、管４０を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを計測する装置である。これによって、流体Ｆの流速を知ることができる。管４０を流れる流体Ｆは、例えば血液である。流体Ｆ中の粒子Ｒは、例えば血液中の赤血球である。計測装置１によって血液中の赤血球の速度を計測することができる。これによって、血液の流速を知ることができる。

医療現場では、患者の体内を流れる血液を体外に送り出し、体外に送り出した血液を再び体内に送り戻す体外循環が行われることがある。この体外循環では、体外循環用の管が患者の血管に接続され、患者の血管を流れる血液が体外循環用の管に流入し、体外循環用の管を流れた血液が再び患者の血管に戻される。実施例に係る計測装置１によって体外循環用の管４０を流れる血液（流体Ｆ）中の赤血球（粒子Ｒ）の速度ｖを計測することができる。

図１、図２及び図３に示すように、計測装置１は、第１計測部１１と第２計測部１２を備えている。第１計測部１１と第２計測部１２は、管４０に固定されて使用される。管４０の外周面４１に第１計測部１１と第２計測部１２が取り付けられる。第１計測部１１と第２計測部１２は、図示しない固定具によって管４０に固定される。管４０の断面形状は略楕円形である。

まず第１計測部１１について説明する。第１計測部１１は、第１発光素子２１と第１受光素子３１と第１カバー部材５１を備えている。第１発光素子２１と第１受光素子３１が第１カバー部材５１によって覆われている。第１発光素子２１と第１受光素子３１は、管４０の軸方向（長手方向）に沿って並んで配置されている。すなわち、第１発光素子２１と第１受光素子３１は、流体Ｆの流れ方向に沿って並んで配置されている。第１発光素子２１が第１受光素子３１よりも流体Ｆの流れ方向の上流側に配置されている。第１受光素子３１が第１発光素子２１よりも流れ方向の下流側に配置されている。

第１発光素子２１は、管４０の外周面４１と向かい合うように配置される。第１発光素子２１は、発光面２１１を備えている。第１発光素子２１の発光面２１１が管４０の外周面４１と対面している。第１発光素子２１は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）である。第１発光素子２１は、管４０を流れる流体Ｆに向けて第１レーザー光Ｌ１を発光する（図２参照）。第１発光素子２１の発光面２１１から第１レーザー光Ｌ１が発光される。発光面２１１は、第１カバー部材５１で覆われていない。第１発光素子２１が発光した第１レーザー光Ｌ１は、管４０を流れる流体Ｆ中に進行してゆく。また、第１発光素子２１が発光した第１レーザー光Ｌ１は、流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱し、それによって散乱光が生じる。様々な方向に進行する様々な散乱光が生じる。様々な散乱光の中には、第１計測部１１の第１受光素子３１に向かって進行する第１散乱光Ｓ１が存在する。すなわち、管４０の軸方向（長手方向）に沿って進行する第１散乱光Ｓ１が存在する。

第１受光素子３１は、管４０の外周面４１と向かい合うように配置される。第１受光素子３１は、受光面３１１を備えている。第１受光素子３１の受光面３１１が管４０の外周面４１と対面している。第１受光素子３１は、例えばフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）である。第１受光素子３１は、流体Ｆ中の粒子Ｒで散乱して第１受光素子３１に向かって進行する第１散乱光Ｓ１を受光する。すなわち、第１受光素子３１は、管４０の軸方向（長手方向）に沿って進行する第１散乱光Ｓ１を受光する。第１受光素子３１の受光面３１１から第１散乱光Ｓ１が受光される。受光面３１１は、第１カバー部材５１で覆われていない。

第１カバー部材５１は、第１発光素子２１が発光した第１レーザー光Ｌ１が管４０以外の第１計測部１１の周囲に広がらないように第１発光素子２１を覆っている。また、第１カバー部材５１は、管４０以外の第１計測部１１の周囲から第１受光素子３１に余分な光が入射しないように第１受光素子３１を覆っている。

次に第２計測部１２について説明する。第２計測部１２は、第２発光素子２２と第２受光素子３２と第２カバー部材５２を備えている。第２発光素子２２と第２受光素子３２が第２カバー部材５２によって覆われている。第２発光素子２２と第２受光素子３２は、管４０の周方向に沿って並んで配置されている。すなわち、第２発光素子２２と第２受光素子３２は、管４０の軸方向（流体Ｆの流れ方向）と直交する方向に沿って並んで配置されている。第２計測部１２の第２発光素子２２と第２受光素子３２が並ぶ方向は、第１計測部１１の第１発光素子２１と第１受光素子３１が並ぶ方向と直交している。

第２発光素子２２は、管４０の外周面４１と向かい合うように配置される。第２発光素子２２は、発光面２２１を備えている。第２発光素子２２の発光面２２１が管４０の外周面４１と対面している。第２発光素子２２は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）である。第２発光素子２２は、管４０を流れる流体Ｆに向けて第２レーザー光Ｌ２を発光する（図３参照）。第２発光素子２２の発光面２２１から第２レーザー光Ｌ２が発光される。発光面２２１は、第２カバー部材５２で覆われていない。第２発光素子２２が発光した第２レーザー光Ｌ２は、管４０を流れる流体Ｆ中に進行してゆく。また、第２発光素子２２が発光した第２レーザー光Ｌ２は、流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱し、それによって散乱光が生じる。様々な方向に進行する様々な散乱光が生じる。様々な散乱光の中には、第２計測部１２の第２受光素子３２に向かって進行する第２散乱光Ｓ２が存在する。すなわち、管４０の軸方向と直交する方向（短手方向）に沿って進行する第２散乱光Ｓ２が存在する。

第２受光素子３２は、管４０の外周面４１と向かい合うように配置される。第２受光素子３２は、受光面３２１を備えている。第２受光素子３２の受光面３２１が管４０の外周面４１と対面している。第２受光素子３２は、例えばフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）である。第２受光素子３２は、流体Ｆ中の粒子Ｒで散乱して第２受光素子３２に向かって進行する第２散乱光Ｓ２を受光する。すなわち、第２受光素子３２は、管４０の軸方向と直交する方向（短手方向）に沿って進行する第２散乱光Ｓ２を受光する。第２受光素子３２の受光面３２１から第２散乱光Ｓ２が受光される。受光面３２１は、第２カバー部材５２で覆われていない。

第２カバー部材５２は、第２発光素子２２が発光した第２レーザー光Ｌ２が管４０以外の第２計測部１２の周囲に広がらないように第２発光素子２２を覆っている。また、第２カバー部材５２は、管４０以外の第２計測部１２の周囲から第２受光素子３２に余分な光が入射しないように第２受光素子３２を覆っている。

図４に示すように、計測装置１は、処理部９０を更に備えている。処理部９０は、第１計測部１１と第２計測部１２に電気的に接続されている。処理部９０は、第１計測部１１と第２計測部１２の動作を制御すると共に種々の演算処理を実行する。この計測装置１では、処理部９０が、まず第１計測部１１の第１発光素子２１を発光させる。第１発光素子２１が発光すると、その光が流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱して第１散乱光Ｓ１が生じる。生じた第１散乱光Ｓ１を第１計測部１１の第１受光素子３１が受光する。続いて、処理部９０が、第２計測部１２の第２発光素子２２を発光させる。第２発光素子２２が発光すると、その光が流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱して第２散乱光Ｓ２が生じる。生じた第２散乱光Ｓ２を第２計測部１２の第２受光素子３２が受光する。

処理部９０は、第１計測部１１の第１受光素子３１が受光した第１散乱光Ｓ１の周波数と第２計測部１２の第２受光素子３２が受光した第２散乱光Ｓ２の周波数に基づいて管４０の軸方向（長手方向）における流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを演算する。処理部９０は、流体Ｆ中の粒子Ｒのブラウン運動による影響を除去するように粒子Ｒの速度ｖを演算する。例えば、処理部９０は、第１散乱光Ｓ１の周波数に基づいて管４０の軸方向（長手方向）における粒子Ｒの第１速度ｖ１を演算する。また、処理部９０は、第２散乱光Ｓ２の周波数に基づいて管４０の軸方向と直交する方向（短手方向）における粒子Ｒの第２速度ｖ２を演算する。そして処理部９０は、第１速度ｖ１から第２速度ｖ２を差し引くことによって管４０の軸方向（長手方向）における流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを演算する。処理部９０は、例えばヘテロダイン法によって第１速度ｖ１と第２速度ｖ２を演算する。ヘテロダイン法では、処理部９０が、ドップラーシフトしていない参照光とドップラーシフトした第１散乱光Ｓ１を用いて第１速度ｖ１を演算する。また、処理部９０が、ドップラーシフトしていない参照光とドップラーシフトした第２散乱光Ｓ２を用いて第２速度ｖ２を演算する。ヘテロダイン法についてはよく知られているので詳細な説明を省略する。また、処理部９０が演算用の参照光の周波数を取得する方法は特に限定されない。

以上、第１実施例に係る計測装置１について説明した。上記の説明から明らかなように、上記の計測装置１では、第１計測部１１の第１発光素子２１が管４０を流れる流体Ｆに向けて光を発光し、その光が流体Ｆ中の粒子Ｒで散乱し、それによって生じた散乱光のうち第１計測部１１に向かって進行する第１散乱光Ｓ１を第１受光素子３１が受光する。また、第２計測部１２の第２発光素子２２が管４０を流れる流体Ｆに向けて光を発光し、その光が流体Ｆ中の粒子Ｒで散乱し、それによって生じた散乱光のうち第２計測部１２に向かって進行する第２散乱光Ｓ２を第２受光素子３２が受光する。そして処理部９０が、第１計測部１１の第１受光素子３１が受光した第１散乱光Ｓ１の周波数と第２計測部１２の第２受光素子３２が受光した第２散乱光Ｓ２の周波数に基づいて管４０の軸における流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを演算する。

管４０を流れる流体Ｆでは、流体Ｆ中の粒子Ｒがブラウン運動をしているので、第１発光素子２１と第２発光素子２２が発光したレーザー光Ｌ１、Ｌ２が流体Ｆ中の粒子Ｒで散乱するときに粒子Ｒのブラウン運動の影響を受けると考えられる。そのため、第１発光素子２１と第２発光素子２２が発光したレーザー光Ｌ１、Ｌ２が粒子Ｒで散乱することによって生じる第１散乱光Ｓ１と第２散乱光Ｓ２が粒子Ｒのブラウン運動の影響を受けていると考えられる。上記の構成によれば、第１散乱光Ｓ１の周波数と第２散乱光Ｓ２の周波数に基づいて処理部９０が粒子Ｒの速度ｖを演算するので、異なる方向（管４０の軸方向とそれに直交する方向）に進行する第１散乱光Ｓ１と第２散乱光Ｓ２を考慮することによって粒子Ｒのブラウン運動の影響を除去することができる。ブラウン運動の影響を除去することによって、流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを精度良く計測することができる。

また、上記の計測装置１では、処理部９０が、第１散乱光Ｓ１の周波数に基づいて管４０の軸方向における流体Ｆ中の粒子Ｒの第１速度ｖ１を演算し、第２散乱光Ｓ２の周波数に基づいて管４０の軸方向と直交する方向における流体Ｆ中の粒子Ｒの第２速度ｖ２を演算し、第１速度ｖ１から第２速度ｖ２を差し引くことによって流体Ｆ中の粒子Ｒのブラウン運動の影響を除去した粒子Ｒの速度ｖを演算している。そのため、第１速度ｖ１と第２速度ｖ２を用いた比較的簡易な演算によって粒子Ｒのブラウン運動の影響を除去することができ、粒子Ｒの速度ｖの精度良い計測を簡易に行うことができる。

以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記の実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記の実施例では、第１計測部１１の第１発光素子２１が第１受光素子３１よりも流体Ｆの流れ方向の上流側に配置されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、第１計測部１１の第１発光素子２１と第１受光素子３１の配置位置が反対であり、第１受光素子３１が第１発光素子２１よりも流体Ｆの流れ方向の上流側に配置されていてもよい。

また、上記の実施例では、処理部９０がまず第１計測部１１の第１発光素子２１を発光させ、続いて第２計測部１２の第２発光素子２２を発光させる構成であったが、この構成に限定されるものではなく、発光順序が反対であってもよい。すなわち、処理部９０がまず第２計測部１２の第２発光素子２２を発光させ、続いて第１計測部１１の第１発光素子２１を発光させてもよい。

［第２実施例］
第２実施例に係る計測装置１について説明する。第２実施例に係る計測装置１では、図５、図６及び図７に示すように、第１計測部１１と第２計測部１２が、発光素子を共有している。第１計測部１１の発光素子と第２計測部１２の発光素子が一体である。第１計測部１１と第２計測部１２が、両者で１個の共有発光素子２３を備えている。なお、受光素子は共有されていない。第１計測部１１の第１受光素子３１と第２計測部１２の第２受光素子３２は別体である。また、第２実施例では、第１計測部１１と第２計測部１２が、両者で１個の発光共有カバー部材５３を備えている。共有発光素子２３と第１計測部１１の第１受光素子３１と第２計測部１２の第２受光素子３２が、発光共有カバー部材５３によって覆われている。

共有発光素子２３は、管４０の外周面４１と向かい合うように配置される。共有発光素子２３は、発光面２３１を備えている。共有発光素子２３の発光面２３１が管４０の外周面４１と対面している。共有発光素子２３は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）である。この構成では、第１計測部１１と第２計測部１２の共有発光素子２３が、管４０を流れる流体Ｆに向けて共有レーザー光Ｌ３を発光する（図６参照）。共有発光素子２３の発光面２３１から共有レーザー光Ｌ３が発光される。共有発光素子２３の発光面２３１は、発光共有カバー部材５３で覆われていない。共有発光素子２３が発光した共有レーザー光Ｌ３は、管４０を流れる流体Ｆ中に進行してゆく。また、共有発光素子２３が発光した共有レーザー光Ｌ３は、流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱し、それによって散乱光が生じる。様々な方向に進行する様々な散乱光が生じる。様々な散乱光の中には、第１計測部１１の第１受光素子３１に向かって進行する第１散乱光Ｓ１が存在する。すなわち、管４０の軸方向（長手方向）に沿って進行する第１散乱光Ｓ１が存在する。また、様々な散乱光の中には、第２計測部１２の第２受光素子３２に向かって進行する第２散乱光Ｓ２が存在する（図７参照）。すなわち、管４０の軸方向と直交する方向（短手方向）に沿って進行する第２散乱光Ｓ２が存在する。管４０の軸方向（長手方向）に沿って進行する第１散乱光Ｓ１を第１計測部１１の第１受光素子３１が受光する。また、管４０の軸方向と直交する方向（短手方向）に沿って進行する第２散乱光Ｓ２を第２計測部１２の第２受光素子３２が受光する。

この構成によれば、第１計測部１１と第２計測部１２の共有発光素子２３による一度の発光のみで第１散乱光Ｓ１と第２散乱光Ｓ２を受光することができる。第１計測部１１と第２計測部１２で発光素子を共有することによって、計測装置１をコンパクトにすることができ、コンパクトな計測装置１によって流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを精度良く計測することができる。

［第３実施例］
第３実施例に係る計測装置１について説明する。第３実施例に係る計測装置１では、図８、図９及び図１０に示すように、第１計測部１１と第２計測部１２が、受光素子を共有している。第１計測部１１の受光素子と第２計測部１２の受光素子が一体である。第１計測部１１と第２計測部１２が、両者で１個の共有受光素子３３を備えている。なお、発光素子は共有されていない。第１計測部１１の第１発光素子２１と第２計測部１２の第２発光素子２２は別体である。また、第３実施例では、第１計測部１１と第２計測部１２が、両者で１個の受光共有カバー部材５４を備えている。共有受光素子３３と第１計測部１１の第１発光素子２１と第２計測部１２の第２発光素子２２が、受光共有カバー部材５４によって覆われている。

共有受光素子３３は、管４０の外周面４１と向かい合うように配置される。共有受光素子３３は、受光面３３１を備えている。共有受光素子３３の受光面３３１が管４０の外周面４１と対面している。共有受光素子３３は、例えばフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）である。

第３実施例では、処理部９０が、まず第１計測部１１の第１発光素子２１を発光させ、その後に第２計測部１２の第２発光素子２２を発光させる。この構成では、まず第１計測部１１の第１発光素子２１が、管４０を流れる流体Ｆに向けて第１レーザー光Ｌ１を発光する（図９参照）。第１発光素子２１の発光面２１１から第１レーザー光Ｌ１が発光される。第１発光素子２１の発光面２１１は、受光共有カバー部材５４で覆われていない。第１発光素子２１が発光した第１レーザー光Ｌ１は、管４０を流れる流体Ｆ中に進行してゆく。また、第１発光素子２１が発光した第１レーザー光Ｌ１は、流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱し、それによって散乱光が生じる。様々な方向に進行する様々な散乱光が生じる。様々な散乱光の中には、共有受光素子３３に向かって進行する第１散乱光Ｓ１が存在する。すなわち、管４０の軸方向（長手方向）に沿って進行する第１散乱光Ｓ１が存在する。管４０の軸方向（長手方向）に沿って進行する第１散乱光Ｓ１を共有受光素子３３が受光する。共有受光素子３３の受光面３３１から第１散乱光Ｓ１が受光される。受光面３３１は、受光共有カバー部材５４で覆われていない。

その後、第２計測部１２の第２発光素子２２が、管４０を流れる流体Ｆに向けて第２レーザー光Ｌ２を発光する（図１０参照）。第２発光素子２２の発光面２２１から第２レーザー光Ｌ２が発光される。第２発光素子２２の発光面２２１は、受光共有カバー部材５４で覆われていない。第２発光素子２２が発光した第２レーザー光Ｌ２は、管４０を流れる流体Ｆ中に進行してゆく。また、第２発光素子２２が発光した第２レーザー光Ｌ２は、流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱し、それによって散乱光が生じる。様々な方向に進行する様々な散乱光が生じる。様々な散乱光の中には、共有受光素子３３に向かって進行する第２散乱光Ｓ２が存在する。すなわち、管４０の軸方向と直交する方向（短手方向）に沿って進行する第２散乱光Ｓ２が存在する。管４０の軸方向と直交する方向（短手方向）に沿って進行する第２散乱光Ｓ２を共有受光素子３３が受光する。共有受光素子３３の受光面３３１から第２散乱光Ｓ２が受光される。受光面３３１は、受光共有カバー部材５４で覆われていない。

この構成によれば、共有受光素子３３が第１散乱光Ｓ１と第２散乱光Ｓ２の両方を受光する。第１計測部１１と第２計測部１２で受光素子を共有することによって、計測装置１をコンパクトにすることができ、コンパクトな計測装置１によって流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを精度良く計測することができる。

上記の実施例では、まず第１計測部１１の第１発光素子２１が発光し、その後に第２計測部１２の第２発光素子２２が発光する構成であった。そのため、第１計測部１１と第２計測部１２の共有受光素子３３が、まず第１散乱光Ｓ１を受光し、その後に第２散乱光Ｓ２を受光する構成であった。この構成に限定されるものではなく、他の実施例では順序が反対であってもよい。すなわち、まず第２計測部１２の第２発光素子２２が発光し、その後に第１計測部１１の第１発光素子２１が発光する構成であってもよい。つまり、第１計測部１１と第２計測部１２の共有受光素子３３が、まず第２散乱光Ｓ２を受光し、その後に第１散乱光Ｓ１を受光する構成であってもよい。

［第４実施例］
第４実施例に係る計測装置１について説明する。第４実施例に係る計測装置１では、図１１、図１２及び図１３に示すように、第１計測部１１と第２計測部１２が管４０を挟んで互いに向かい合っている。第１計測部１１と第２計測部１２の間に管４０が配置されている。管４０の上側に第１計測部１１が配置されており、管４０の下側に第２計測部１２が配置されている。

また、第４実施例に係る計測装置１は、第３計測部１３を備えている。第３計測部１３は、（第１計測部１１の）第１発光素子２１と、（第２計測部１２の）第２受光素子３２を備えている。第３計測部１３の第１発光素子２１と第２受光素子３２が、管４０を挟んで互いに向かい合っている。第３計測部１３の第１発光素子２１が第２受光素子３２よりも流体Ｆの流れ方向の上流側に配置されている。第３計測部１３は、処理部９０に電気的に接続されている。

第１計測部１１と第３計測部１３が、第１発光素子２１を共有している。第１計測部１１の発光素子と第３計測部１３の発光素子が一体である。第１計測部１１と第３計測部１３が、両者で１個の第１発光素子２１を備えている。

また、第２計測部１２と第３計測部１３が、第２受光素子３２を共有している。第２計測部１２の受光素子と第３計測部１３の受光素子が一体である。第２計測部１２と第３計測部１３が、両者で１個の第２受光素子３２を備えている。

第３実施例では、処理部９０が、まず第１計測部１１と第３計測部１３の共有の第１発光素子２１を発光させ、その後に第２計測部１２の第２発光素子２２を発光させる。この構成では、まず第１計測部１１と第３計測部１３の共有の第１発光素子２１が、管４０を流れる流体Ｆに向けて第１レーザー光Ｌ１を発光する（図１２参照）。第１発光素子２１が発光した第１レーザー光Ｌ１は、管４０を流れる流体Ｆ中に進行してゆく。また、第１発光素子２１が発光した第１レーザー光Ｌ１の一部は、流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱し、それによって散乱光が生じる。様々な方向に進行する様々な散乱光が生じる。様々な散乱光の中には、第１計測部１１の第１受光素子３１に向かって進行する第１散乱光Ｓ１が存在する。すなわち、管４０の軸方向（長手方向）に沿って進行する第１散乱光Ｓ１が存在する。管４０の軸方向（長手方向）に沿って進行する第１散乱光Ｓ１を第１計測部１１の第１受光素子３１が受光する。

また、第１発光素子２１が発光した第１レーザー光Ｌ１の他の一部は、流体Ｆ中の粒子Ｒで散乱せずに、管４０と流体Ｆを通過して進行してゆく。管４０と流体Ｆを通過する光を通過光Ｔという。この通過光Ｔを第３計測部１３の第２受光素子３２が受光する。

その後、第２計測部１２の第２発光素子２２が、管４０を流れる流体Ｆに向けて第２レーザー光Ｌ２を発光する（図１３参照）。第２発光素子２２が発光した第２レーザー光Ｌ２は、管４０を流れる流体Ｆ中に進行してゆく。また、第２発光素子２２が発光した第２レーザー光Ｌ２は、流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱し、それによって散乱光が生じる。様々な方向に進行する様々な散乱光が生じる。様々な散乱光の中には、第２計測部１２の第２受光素子３２に向かって進行する第２散乱光Ｓ２が存在する。すなわち、管４０の軸方向と直交する方向（短手方向）に沿って進行する第２散乱光Ｓ２が存在する。管４０の軸方向と直交する方向（短手方向）に沿って進行する第２散乱光Ｓ２を第２計測部１２の第２受光素子３２が受光する。

また、第４実施例に係る計測装置１では、処理部９０が、第３計測部１３の第２受光素子３２が受光した通過光Ｔの受光量に基づいて流体Ｆ中の散乱粒子密度を演算する。散乱粒子密度は、流体Ｆ中に散乱して存在している無数の粒子Ｒの密度である。処理部９０が流体Ｆ中の散乱粒子密度を演算する方法は特に限定されない。処理部９０は、例えば下記の式（１）に基づいて流体Ｆ中の散乱粒子密度を演算する。ただし、下記の式（１）において、Ｉ_０は、第１発光素子２１の発光量であり、Ｉ_１は、第２受光素子３２の受光量であり、ｅは、流体Ｆに依存する所定の係数であり、ｃは、流体Ｆ中の散乱粒子密度であり、ｈは、流体Ｆの深さ（本実施例では管４０の内径）である。

以上、第４実施例に係る計測装置１について説明した。上記の説明から明らかなように、第４実施例では、第３計測部１３の第１発光素子２１が管４０を流れる流体Ｆに向けて光を発光し、その光が管４０と流体Ｆを通過し、管４０と流体Ｆを通過した通過光Ｔを第３計測部１３の第２受光素子３２が受光する。また、処理部９０が、第３計測部１３の第２受光素子３２が受光した通過光Ｔの受光量に基づいて流体Ｆ中の散乱粒子密度を演算する。

流体Ｆ中の散乱粒子密度は流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを演算する際に影響を与えるので、この散乱粒子密度を演算することによって流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを更に精度良く求めることができる。

また、第４実施例では、第１計測部１１と第３計測部１３が、第１発光素子２１を共有しており、第２計測部１２と第３計測部１３が、第２受光素子３２を共有している。そのため、第１計測部１１と第３計測部１３の共有の第１発光素子２１が発光した第１レーザー光Ｌ１の一部が流体Ｆ中の粒子Ｒで散乱して散乱光が生じると共に、共有の第１発光素子２１が発光した光の他の一部が管４０と流体Ｆを通過する。光の散乱で生じた散乱光のうち第１計測部１１に向かって進行する第１散乱光Ｓ１を第１計測部１１の第１受光素子３１が受光する。また、管４０と流体Ｆを通過した通過光Ｔを第２計測部１２と第３計測部１３の共有の第２受光素子３２が受光する。したがって、第１計測部１１と第３計測部１３の共有の第１発光素子２１による一度の発光のみで第１散乱光Ｓ１と通過光Ｔを受光することができる。また、第２計測部１２の第２発光素子２２が発光した光の散乱によって生じる第２散乱光Ｓ２を第２計測部１２と第３計測部１３の共有の第２受光素子３２が受光する。第２計測部１２と第３計測部１３の共有の第２受光素子３２が、通過光Ｔと第２散乱光Ｓ２の両方を受光する。この構成によれば、第１計測部１１と第３計測部１３で第１発光素子２１を共有することによって、計測装置１をコンパクトにすることができる。また、第２計測部１２と第３計測部１３で第２受光素子３２を共有することによって、計測装置１をコンパクトにすることができる。よって、コンパクトな計測装置１によって流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを精度良く計測することができる。

上記の実施例では、第１計測部１１と第３計測部１３が、第１発光素子２１を共有している構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、第２計測部１２と第３計測部１３が、第２発光素子２２を共有すると考えてもよい。すなわち、第２計測部１２の発光素子と第３計測部１３の発光素子が一体であってもよい。第２計測部１２と第３計測部１３が、両者で１個の第２発光素子２２を備えていてもよい。

また、上記の実施例では、第２計測部１２と第３計測部１３が、第２受光素子３２を共有している構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、第１計測部１１と第３計測部１３が、第１受光素子３１を共有すると考えてもよい。すなわち、第１計測部１１の受光素子と第３計測部１３の受光素子が一体であってもよい。第１計測部１１と第３計測部１３が、両者で１個の第１受光素子３１を備えていてもよい。

すなわち、第３計測部１３の発光素子と受光素子の関係は互いに入れ替え可能である。この変形例では、第２計測部１２と第３計測部１３の共有の第２発光素子２２が発光した第２レーザー光Ｌ２の一部が、流体Ｆ中の粒子Ｒで散乱せずに、管４０と流体Ｆを通過して進行してゆく。管４０と流体Ｆを通過した通過光Ｔを、第１計測部１１と第３計測部１３の共有の第１受光素子３１が受光する。

この構成では、上記と同様に、第２計測部１２と第３計測部１３の共有の第２発光素子２２による一度の発光のみで第２散乱光Ｓ２と通過光Ｔを受光することができる。また、第１計測部１１と第３計測部１３の共有の第１受光素子３１が、通過光Ｔと第１散乱光Ｓ１の両方を受光する。この構成によれば、第２計測部１２と第３計測部１３で第２発光素子２２を共有することによって、計測装置１をコンパクトにすることができる。また、第１計測部１１と第３計測部１３で第１受光素子３１を共有することによって、計測装置１をコンパクトにすることができる。よって、コンパクトな計測装置１によって流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを精度良く計測することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１：計測装置
１１：第１計測部
１２：第２計測部
１３：第３計測部
２１：第１発光素子
２２：第２発光素子
２３：共有発光素子
３１：第１受光素子
３２：第２受光素子
３３：共有受光素子
４０：管
９０：処理部
Ｆ：流体
Ｌ１：第１レーザー光
Ｌ２：第２レーザー光
Ｌ３：共有レーザー光
Ｒ：粒子
Ｓ１：第１散乱光
Ｓ２：第２散乱光
Ｔ：通過光

Claims

管を流れる流体中の粒子の速度を計測する計測装置であって、
前記管の軸方向に沿って並んでいる発光素子と受光素子を備えている第１計測部と、
前記管の軸方向と直交する方向に沿って並んでいる発光素子と受光素子を備えている第２計測部と、
処理部を備えており、
前記第１計測部の発光素子が前記管を流れる流体に向けて光を発光し、その光が流体中の粒子で散乱し、それによって生じた散乱光のうち前記第１計測部に向かって進行する第１散乱光を前記第１計測部の受光素子が受光し、
前記第２計測部の発光素子が前記管を流れる流体に向けて光を発光し、その光が流体中の粒子で散乱し、それによって生じた散乱光のうち前記第２計測部に向かって進行する第２散乱光を前記第２計測部の受光素子が受光し、
前記処理部が、前記第１計測部の受光素子が受光した前記第１散乱光の周波数と前記第２計測部の受光素子が受光した前記第２散乱光の周波数に基づいて前記管の軸方向における流体中の粒子の速度を演算する、計測装置であって、
前記処理部が、前記第１散乱光の周波数に基づいて前記管の軸方向における流体中の粒子の第１速度を演算し、前記第２散乱光の周波数に基づいて前記管の軸方向と直交する方向における流体中の粒子の第２速度を演算し、前記第１速度から前記第２速度を差し引くことによって流体中の粒子のブラウン運動の影響を除去した粒子の速度を演算する、計測装置。
前記管を挟んで向かい合っている発光素子と受光素子を備えている第３計測部を更に備えており、
前記第３計測部の発光素子が前記管を流れる流体に向けて光を発光し、その光が前記管と流体を通過し、前記管と流体を通過した光を前記第３計測部の受光素子が受光し、
前記処理部が、前記第３計測部の受光素子が受光した光の受光量に基づいて前記管を流れる流体中の散乱粒子密度を演算する、請求項１に記載の計測装置。
前記第１計測部と前記第２計測部が、発光素子を共有している、請求項１又は２に記載の計測装置。
前記第１計測部と前記第２計測部が、受光素子を共有しており、
前記第１計測部の発光素子と前記第２計測部の発光素子が、異なるタイミングで光を発光する、請求項１又は２に記載の計測装置。
前記第１計測部と前記第３計測部が、発光素子を共有しており、前記第２計測部と前記第３計測部が、受光素子を共有しており、前記第２計測部の発光素子と前記第３計測部の発光素子が、異なるタイミングで光を発光する、あるいは、
前記第２計測部と前記第３計測部が、発光素子を共有しており、前記第１計測部と前記第３計測部が、受光素子を共有しており、前記第１計測部の発光素子と前記第３計測部の発光素子が、異なるタイミングで光を発光する、請求項２に記載の計測装置。