JPH02171658A - ペレット速度および寸法測定装置 - 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、水素ペレット入射装置等から発射されるペレ
ットの移動速度および寸法を測定する装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

近年、核融合炉の開発等を１］的として、実験核融合炉
のプラズマ中に水素ペレットを入射するだめの装置が数
々提案されているが、このようなペレット入射装置の性
能検査や、入射されるペレットの状態がプラズマに与え
る影響を求めるため、上記ペレットの入射速度等を８精
度で測定する装置の出現が望まれている。

このようなペレットの速度を測定する手段としては、例
えば特開昭５２−１０４２７８号公報に示される印字ハ
ンマ等の速度測定装置を応用することが考えられる。こ
の装置は、互いに平行な２本のレーザ光を形成する発光
手段と、各レーザ光を受ける受光手段とを備え、印字ハ
ンマ等が１本口のレーザ光を横切ってから次のレーザ光
を横切るまでの時間を検出し、この時間と両レーザ光間
の距離とから印字ハンマ等の速度を算出するようにした
ものである。

また、このような装置とは別に、第４図および第５図に
示されるようなペレット速度測定装置も知られている。

この装置は、レーザ発振器１０１の発するし番アをエキ
スパンダ１０２で拡大して帯状にし、ペレッｈ　１０３
の進行方向に対しで直角に照射させるとともに、このレ
ーザをスリット部材１０４を通して受光素子１０５に入
射するようにしたもので・あり、上記スリット部材１０
４には、第５図に示されるようにペレット進行方向に直
角な方向に延びる２本のスリット１０４ａが形成されて
いる。

このような装置によれば、ペレット１０３が各スリット
１０４ａを通過することにより、その度に受光素子１０
５に投射される光が遮断されるので、この遮光タイミン
グの間隔とスリット１０４８間の距離とからペレットの
移動速度を測定することができる。

（発明が解決しようとする課題〕 まず、上記特開昭５２−１０４２７８号公報に示される
速度測定装置の場合、受光側で２つの素子を用いている
ため、コスト高になるとともに、素子間の電気的特性の
ばらつきが測定結果に影響するため、特に測定物が高速
であるペレット速度測定装置として適用するのは難しい
。

また、第４図および第５図に示される装置では、２つの
スリットを用い、これらのスリットから通り１友ける光
を受けて測定を行っているので、スリット形状およびス
リット間の距離寸法の精度がそのまま測定精度に影響を
与えることになり、高精度の測定が難しい。さらに、２
つのスリットから入射される光が互いに干渉しないよう
に、その予防１１１置を施す必要があり、コスト高にも
つながる。

また、同一光源から発せられるレーザ光を両スリットか
ら各々同一の条件で受光素子へ入射しなｔプればならな
いので、スリットの位置決めや、発光側と受光側との相
対的な位置決めが難しい。

なお、入射されるペレットがプラズマに与える影響を求
めるためには、必要に応じて上記ペレットの寸法等も計
測しなければならないが、従来は、入射されるペレット
を高速用ストロボ発光体を用いて写真撮影し、その写真
から形状、寸法を計測するといった手段がとられており
、ペレット寸法を自動的に高精度で測定する装置の出現
も望まれている。

本発明は、このような事情に鑑み、移動するペレットの
状態、すなわちその速度や寸法を精度良く自動的に測定
することができる装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ペレットの移動方向に対して略直角な方向に
帯状の光線を発射する発光手段と、この光線を反射させ
ることにより該光線と平行な光線を形成する反射手段と
、この反射手段により反射された光線を受け、その受光
けを検出する受光手段と、各光線をペレットが通過する
ことにより受光手段に投射される光線が遮られるタイミ
ングと各光線間の距離とからペレットの移動速度を算出
する筒用手段とを備えたものである（請求項１）。

また本発明は、ペレットの移動方向に対して略直角な方
向に帯状の光線を発射する発光手段と、この光線を反射
させることにより該光線と平行な光線を形成する反射手
段と、この反射手段により反射された光線を受け、その
受光量を検出する受光手段と、各光線をペレットが通過
することにより受光手段に投射される光線が１回に遮ら
れる時間とペレットの移動速度とからペレットの移動方
向の寸法を算出する算出手段とを備えたものである（請
求項２）。

また本発明は、ペレットの移動方向に対して略直角な方
向に帯状の光線を発射する発光手段と、この光線を反射
させることにより該光線と平行な光線を形成する反射手
段と、この反射手段により反射された光線を受け、その
受光量を検出する受光手段と、各光線をペレットが通過
するときの受光手段に投射される光線の光量変化からペ
レットの移動方向と光線の方向とに直角な方向の寸法を
算出する算出手段とを備えたものである（請求項３）。

〔作　用〕

まず、請求項１記載の装置によれば、発光手段および反
射手段により形成された互いに平行な光線をペレットが
通過する度に、受光手段に入射される光線の光量が減少
し、その光量変化が検出される。そして、この受光手段
への光線が１断されるタイミングと各光線間の距離とか
ら、ペレットの移動速度が口出される。

また、請求項２記載の装置によれば、上記ペレットの通
過により光線が１回に遮断される時間とベレンＩ〜の移
動速度とによりペレットの移動方向の寸法が口出される
。

また、ｈ＾請求項３記載装置によれば、上記ペレットが
光線を通過する際に受光手段に入射される光線が減少す
る石により、ペレットの移動方向と光線方向とに直角な
方向の寸法が算出される。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例におけるペレット速度およ
び寸法の測定装置を示したものである。

この装置は、レーザ光振器１、コリメータレンズ２、円
筒型レンズ３、複数のプリズムレンズ（反射手段）４１
〜４３、および光電子増倍管（受光手段）５を備えてい
る。

上記レーザ発振器１、］コリメータレンズ、および円筒
型レンズ３は、ペレット６の入射方向（第１図では下方
向）に直角な方向に帯状の平行レーザ光線Ｌ１を形成す
る発光手段を橋成している。

プリズムレンズ４１は、このレーザ光線Ｌ１を４５０の
角度で２回反射させ、これにより、レーＩｆ光線Ｌ１と
平行で一定距１ＩＩＱ１岨れた光線Ｌ２を形成するよう
に配置されている。同様に、プリズムレンズ４２は、こ
のレーザ光ｌ１ＩＬ２を２回反射させて該光線Ｌ２と平
行で一定距＠Ｑ２Ｍれたレーザ光線Ｌ３を形成し、プリ
ズムレンズ４３は、このレーザ光線Ｌ３を２回反射させ
ることにより該光１！Ｌ３と一定距Ｈ１Ｑ３岨れたレー
ザ光１１Ｌ＋を形成するように配置されている。

光電子増倍管５は、上記プリズムレンズ４３により反射
されたレーザ光線し４を受ける位置に配置され、その手
前側には、第２図に示されるようなスリット部材７が取
付けられている。このスリット部材７には、ペレット入
射方向と直角な方向に延びるスリット７ａが形成され、
このスリット７ａから光電子増倍管５ヘレーザ光線Ｌ４
が入射されるようになっている。なお、本発明における
受光手段は、その受光量を検出して電気信号等に変換す
るものであればよく、一般のフォトダイオード等も適用
可能であるが、上記光電子増倍管５を用いれば、より精
度の高い測定を実現することができる。

この光電子増倍管５により変換された電気信号は、超高
３！Ａ／Ｄ変換器８を介して電子Ａｔ　１機（算出手段
）９に入力されるようになっている。

この電子計ＷＩ９は、後に詳細に記すように、上記電気
信号に基づいてペレットの速度および寸法を演算し、プ
リンタ１０に出力するものである。

次に、この装置の作用を説明する。

レーザ光振器１、コリメータレンズ２、および円筒レン
ズ３により形成された帯状のレー（ｆ光は、プリズムレ
ンズ４１〜４３によって順次反射されることにより蛇行
しながら、スリット部材７のスリット７ａを通して光電
子増倍管５に入射される。

そして、このようにして形成された平行な複数本の光線
Ｌ１〜Ｌ４と直角な方向にペレット６が入射されること
により、このペレット６によって光線Ｌ１〜Ｌ４が順に
遮られ、その度に、光電子増倍管５に入射されるレーザ
光の光量が減少する。

その結果、この光電子増倍管５からは第３図に示される
ような波形の電気信号が出力されることになる。なお、
この実施例では、上記ペレット６が円柱状で、その軸方
向と同方向に入射される場合について説明する。

電子計算機９は、上記電気信号からペレット６の速度お
よび寸法を算出する。以下、その算出要領を順を追って
説明する。

１）ペレット速度の算出 各光線１１〜Ｌ４の間の距離ρ１〜Ｑ３は既知であるの
で、これらの光線をペレット６が通過するタイミングを
求めることにより、ペレット速度を算出することができ
る。゛具体的に、電子計算機９は、上記ペレット６の通
過により光電子増倍管５の出力値が設定レベルＨに達す
る時刻（タイミング〉を求め、これらの時刻間の時間間
隔Ｔ１〜Ｔ３を求めるとと・もに、これらの時間間隔Ｔ
１〜−「３で各光線１１〜１４間の距離Ｑ１〜Ｑ３を除
して、ペレット速度Ｖ１　＜＝０１／Ｔｔ　）、Ｖ２（
−ρ２　／Ｔ２　）　、Ｖ３　　＜−Ｑｓ　／Ｔ３　）
を算出し、さらにこれらの平均値υ（＝　（Ｖｌ　＋Ｖ
２　十Ｖ３）／３）を咋出する。

２）ペレットの移動方向（軸方向）の寸法の算出ペレッ
ト６の移動方向の寸法は、ペレット６が各光線Ｌ１〜Ｌ
４を横切る度に光電子増倍管５へのレーザ光線が遮られ
る時間と、ペレット速度とを乗じたものに等しい。そこ
で、電子計算ｔ１９は、ペレット６の通過により上記光
電子増倍管５の出力レベルが変化する時間Ｗ１〜Ｗ４を
求め、これらの平均値Ｗを算出するとともに、この平均
値Ｗを上記ペレット速度υに乗じた（Ｉｎ（すなわちペ
レット寸法）を算出する。

３）ペレットの移動方向と光Ｉ！ｉ１′１″Ｊ向とに直
角な方向の寸法（ペレットの径寸法）の算出 ペレット６が各光線し１〜Ｌ４を横切る度に遮られるレ
ーザ光線量は、ペレット６の径寸法に比例する。そこで
、電子計算機９は、ペレット６が各光線Ｌ１〜Ｌ４を通
過した時の光電子増倍管５の出力信号レベルの変化量、
すなわち上限レベルと下限レベルとの差ΔＨ１〜ΔＨ４
を求め、これらの平均値Δｈを算出するとともに、この
値Δｈからペレット６の径を算出する。

このようにして算出されたペレット６の速度および寸法
は、プリンタ１０によって外部に出力される。

以上のように、この装置では、１本のレーザ光線をプリ
ズムレンズ４１〜４３で反射させて複数の平行な光線Ｌ
１〜Ｌ４を形成し、これらの光線Ｌ１〜Ｌ４をペレット
６が通過する時の光量変化を単一の光電子増倍管５で検
出するものであるので、従来のようにスリットの寸法精
度や複数の受光素子間の電気的ばらつきなどにｖｅ響さ
れることなく、高精度でペレットの速度や寸法を測定す
ることができる。

なお、本発明ではこのような実施例以外にも例として次
のような態様をとることができる。

（１）本発明における光線の種類は特に問わないが、可
視光レーザを用いることによりプリズムレンズ４１〜４
３や光電子増倍管５等の位置決めを容易に行うことがで
きる利点がある。また発光手段も、所定幅をもった帯状
の光線を発射するものであればよく、例えば上記実施例
では円筒型レンズ３を省略することも可能である。

（２）本発明における反射手段は、上記のようなプリズ
ムレンズ４１〜４３に限らず、例えば複数のミラーを組
合わせて光線を１８００反転させるようにしてもよい。

ただし、上記のようなプリズムレンズ４１〜４３の利用
により、位置決めが容易となり、測定精度も向上する利
点がある。

（３）また、反射手段の個数も特に問わず、例えば上記
実施例の場合には少なくともプリズムレンズ４１があれ
ば測定が可能であるが、このような反射手段の個数が多
く、互いに平行な光線が多く形成されるほど、より多く
のデータが収集され、その信頼性が高まる。しかも、こ
れらの光線は１本の光線からなっているので、各データ
のばらつきも少ない。

（４）上記装置では、各データの５１１均値を求めるよ
うにしていたが、その処理方法は問わず、例えば、複数
のデータのうちの中間のデータを採用Ｊるとか、各デー
タのばらつきが一定値以下の場合には最初に検出された
データ（上記実施例の場合には光線Ｌ１を横・切るとき
に検出されたデータ）を採用する等、適宜設定すればよ
い。

（５）上記実施例では、ペレットの入射方向に対して真
に直角な方向に光線Ｌ１〜Ｌ４を形成するようにしてい
るが、これらの角度が予め知られた状態で測定するので
あれば、両賃が真に直角でなくても上記角度に基づいて
ペレットの速度および寸法の測定を行うことが可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば次のような効果を
得ることができる。

まず、請求項１記載の装置は、単一の光線を反射させて
複数の平行な光線を形成し、これらの光線をペレットが
通過するタイミングを単一の受光手段で検出し、その検
出結果からペレット速度を口出するものであるので、従
来のようにスリットの寸法精度や複数の受光水子の電気
的ばらつき等に影響されず、高精度でベレン１〜の速度
を測定することができる。

また、請求項２．３記載の装置は、上記複数の光線をペ
レットが通過したときの光量変化」、あるいは光量変化
時間からペレッｌ−１法を算出するものであるので、単
一の受光手段によって複数のデータを収集して処理する
ことができ、これによって信頼性の高い高精度の測定を
自動的に行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるペレットの速度およ
び寸法測定装置の全体構成図、第２図は同装置に用いら
れるスリット部材の正面図、第３図は同５Ａ画の光電子
増倍管により出力される信号の波形図、第４図は従来の
ペレット速度測定装置の全体構成図、第５図は同装置に
用いられるスリット部材の正面図である。 １・・・レーザ発振器（発光手段）、２・・・コリメー
タレンズ（発光手段）、３・・・円筒型レンズ（発光手
段）、４１〜４３・・・プリズムレンズ（反射手段）５
・・・光電子増倍管（受光手段）、６・・・ペレット、
９・・・電子計算１（算出手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ペレットの移動方向に対して略直角な方向に帯状の
   光線を発射する発光手段と、この光線を反射させること
   により該光線と平行な光線を形成する反射手段と、この
   反射手段により反射された光線を受け、その受光量を検
   出する受光手段と、各光線をペレットが通過することに
   より受光手段に投射される光線が遮られるタイミングと
   各光線間の距離とからペレットの移動速度を算出する算
   出手段とを備えたことを特徴とするペレット速度測定装
   置。 ２、ペレットの移動方向に対して略直角な方向に帯状の
   光線を発射する発光手段と、この光線を反射させること
   により該光線と平行な光線を形成する反射手段と、この
   反射手段により反射された光線を受け、その受光量を検
   出する受光手段と、各光線をペレットが通過することに
   より受光手段に投射される光線が１回に遮られる時間と
   ペレットの移動速度とからペレットの移動方向の寸法を
   算出する算出手段とを備えたことを特徴とするペレット
   寸法測定装置。 ３、ペレットの移動方向に対して略直角な方向に帯状の
   光線を発射する発光手段と、この光線を反射させること
   により該光線と平行な光線を形成する反射手段と、この
   反射手段により反射された光線を受け、その受光量を検
   出する受光手段と、各光線をペレットが通過するときの
   受光手段に投射される光線の光量変化からペレットの移
   動方向と光線の方向とに直角な方向の寸法を算出する算
   出手段とを備えたことを特徴とするペレット寸法測定装
   置。