JPH01237459A - 飛行粒子の速度と温度の同時測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は飛行粒子の速度と温度を同時に非接触で測定す
る装置に関する。本発明の装置は例えば溶射のような高
温飛行粒子を用いるプロセスにおいて、飛行粒子の速度
及び温度を測定し、これを制御して製品の品質を安定さ
せる等に有効に利用される。

従来技術 従来、飛行中の粒子速度を非接触で測定する装′竺は知
られている。従来の該装置は、結像レンズ“と平面格子
を組みあわせた光学系を用い、結像し′！レンズよって
飛行粒子の像を平面格子に投影して冬 透過光の強度変化の周期から速度を求めるよう構成され
ていた。しかし、この構成では、粒子速度は測定し得ら
れるが、同時に粒子温度を測定する、ことは不可能であ
った。しかも、粒子速度の測定においても、正確な速度
測定ができる粒子の位置がある平面内に限定される。即
ち、粒子の位置がこの平面内からはずれたピントはずれ
の状態では、粒子の像が平面格子からずれて結像倍率が
変化するために測定誤差が生ずる欠点があった。

発明が解決しようとする課題 本発明は従来の飛行中の粒子速度測定装置における欠点
を解決するとともに粒子速度も同時に測定し得られる装
置を提供することを目的とする。

問題を解決するための手段 本発明の装置を第１図に基づいて説明すると、飛行粒子
１の表面から放射されている光を集光するシリンダレン
ズ２を粒子に対向して設け、その直線後方に表面が黒色
の平板を等間隔・平衡に並べ、かつ前端を斜めに切断し
平板厚さ面を鏡面加工し斜鏡としたものからなる空間フ
ィルタ３を配置する。これによりシリンダレンズ２より
集光された光はその一部を斜鏡で反射し、他は空間フィ
ルタ３の平板間の隙間部分を通過して、周期的な光の強
弱を発生させる。この透過光を集光凸レンズ４を通して
光ファイバ５に導く。即ち、光ファイバ５に入射する光
の強度は、粒子１が、平板間の隙間の延長線上にあると
きは大きく、平板の厚みの延長線上にあるときは小さく
なる。この関係は粒子１と空間フィルタ３の距離が変化
しても変わらないので、測定粒子と測定装置の距離に影
響されることなく、正確に速度を測定することができる
。光ファイバ５の入射光を集光凸レンズ６によって光電
変換素子７に集め、その強度変化を測定すると、粒子１
の移動にしたがって、空間フルタ３の隙間の数だけのピ
ークが信号解析器８によって検出される。

１なお、光ファイバ５とその出射側の集光凸レンズ６は
、光学系の移動を容易にするためのものであり、これを
省略しても良い。

！ｌ 空間フィルタ３の隙間の間隔なｄ１粒子１の速度をＶ、
光強度変化のピーク間の時間間隔をｔｐとすると、 ｙ＝ｄ／１ｐ（１） の関係が粒子１と測定装置の距離に関係なく成り立ち、
速度■が測定できる。この場合、単一粒子ごとに信号解
析器８からの光強度のピークからｔｐを求める。

また、粒子密度が高く、各粒子ごとの光強度変化のピー
クが重なり合って分離できない場合でも、光強度信号の
パワースペクトルを信号解析器８としてＦＴＴアナライ
ザなどを用いて計算することによって、粒子群の平均速
度を求めることができる。この場合、パワースペクトル
中には平均速度に対応したピークが現われ、その周波数
をｆｐとすると、 ｖ＝ｆｐ−ｄ 関係が成り立ち、ｆｐから■をも求めることかでべろ。

飛行粒子の温度は、空間フィルタの前端にある射鏡９に
よって分割された光を平面鏡９゛集中− 一先凸レンズ１０、光ファイバ１１、集光凸レンズ］２
によって多色の放射温度計１３に導くことによって、こ
れから測定し得られる。この場合放射温度計１３へ入射
する光の強度は、粒子温度たけてなく、粒子の位置や密
度によっても変化する。

従って放射温度計１３としては放射スペクトルから温度
を決定する２色以上の多色の放射温度計を用いることが
必要である。

なお、図面においては、平面鏡９を射鏡９に対向して設
けたものを示したが、それに限らず、射鏡９からの光を
放射温度計１３に導くようにすれば良い。また、光ファ
イバ１１、集光凸レンズ１０．１２は、光学系の光の移
動を容易にするためのものであり省略しても良い。

実施例 第１図の装置を用い、大気中でプラズマ溶射したＮｉ−
Ｃｒ合金（Ｎｉ−８０％）粒子にたいして速度と温度を
測定した。

第２図に溶射トーチからの距離と速度の関係を示す。各
距離で１００個の粒子にたいして（１）式から速度を求
め、その平均値を四角口で、速度分布の標準偏差を縦線
■によって示す。第３図は各距離での光強度のパワース
ペクトルであり、速度に対応するピーク周波数ｆｐを黒
三角マで示した。ｆｐから（２）式を用いて計算した平
均速度を第２図中に黒丸・で示す。（１）式から求めた
平均速度とよく対応している。第４図に溶射トーチから
の距離と温度の関係をしめす。

この図より、距離が長くなるに従い、どれほどの温度低
下が生じるかが明らかである。

発明の効果 本発明によると、空間的に広がった状態で粒子の速度を
正確、容易に非接触で測定することができると同時に粒
子温度も測定し得られる優れた効果を奏し得られる。従
って溶射粒子による薄膜形成の場合、溶射の最適条件の
設定が迅速、容易となるとともに得られる膜も優れたも
のになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概要図、第２図はプラズマ溶射し
たＮ　１−Ｃｒ合金の飛行粒子を測定した場合における
溶射トーチからの距離と速度との関係図、第３図は前記
の場合におけるパワースペクトル図、第４図は前記の場
合における溶射トーチからの距離と温度との関係図を示
す。 １；飛行粒子　　　　２；シリンダレンズ３；空間フィ
ルタ ４．６，１０，１２．集光凸レンズ ５．１１；光ファイバ　７；光電変換素子８；信号解析
器　　　９；射鏡 ９；平面鏡　　　　１３；多色の放射温度計特許出願　
　科学技術庁金属材料技術研究所長中用龍− 手続補正書（方式） 昭和６３年７月２６日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　シリンダレンズ、表面が黒色の平板を等間隔に並べか
   つ前端を斜めに切断し平板厚み面を鏡面加工し斜鏡とし
   たものからなる空間フィルタ、集光凸レンズを直線状に
   順次に配置し、該集光凸レンズの後方焦点付近に光電変
   換素子を配置し、ついで信号解析器に導くようにすると
   ともに、前記空間フィルタの斜鏡によって分割された光
   を多色の放射温度計に導くように構成したものからなる
   ことを特徴とする飛行粒子の速度と温度の同時測定装置
   。