JPH0580065A

JPH0580065A - 流速測定装置および方法

Info

Publication number: JPH0580065A
Application number: JP24121591A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Amo; 天羽　　清; Koji Nakagawa; 幸二中川; Nobukatsu Arai; 信勝荒井; Yoshio Okamoto; 良雄岡本; Yoshito Sekine; 義人関根
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】外部からのノイズを除外してＳ／Ｎ比を向上
させ、流速測定の測定精度を向上させること。【構成】流路１２内には粒子１１が懸濁された流体が
矢印１０方向に流れている。光源２からは回折格子３を
通して光線が照射され、その光線はレンズ４，５を介し
て流路１２内に入射されＡ部分に例えば３つの焦点を形
成する。３つの焦点を形成した光線は受光器１５，１
６，１７で受光されている。そして、Ａ部分に粒子１１
が流れてくると、粒子１１は３つの焦点を上流側から順
次通過して、各々の光線を順次遮断するので、受光器１
５，１６，１７の出力信号が変化し、粒子１１が各焦点
間を通過するのに要する時間を知ることができる。これ
によって、流体の流速を検出することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体中に光を照射する
ことにより、流れに非接触状態で流体の速度測定を行う
ことができる流速測定装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】流れに非接触状態で流体速度を測定する
従来の装置は、特開昭６２−１２９７６２号公報に開示
されているように、粒子が懸濁された流体中に光を照射
して、その粒子により減衰した光を光ファイバの２点で
受光するように構成されている。そして、上記２点での
減衰光の相互相関係数が最大値となる時間遅延量ｔを求
めて、２点間の距離Ｌよりｖ＝Ｌ／ｔを計算することに
より粒子の速度ｖを算出し、この速度ｖを流体流速とし
て求めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、コリメータレンズを介して流体中にレーザ
光を照射しているので、レーザ光がコリメータレンズに
より拡大されてＳ／Ｎ比が低くなり、流速測定の精度が
低下してしまう欠点がある。すなわち、コリメータレン
ズにより拡大されると、コリメータレンズから遠ざかる
につれてレーザ光線の径が大きくなるため、単位面積当
たりの光の強度が減少し、外部からの光のノイズに対す
る抵抗力が弱くなってしまう。そして、このようにＳ／
Ｎ比が低下すると、壁面散乱光の影響を受け易く、特に
狭い流路幅（例えば１ｍｍ以下の流路幅）での流速測定
が困難となる。

【０００４】また、粒子が連続的に流された場合や、流
体の流れ方向に対して粒子が斜めに流された場合は、光
を減衰させた粒子が上流側と下流側とで同一でないこと
があり、流速を正確に測定することができない。

【０００５】本発明の目的は、外部からのノイズを除外
してＳ／Ｎ比の向上を図り、流速測定の測定精度を向上
させることができる流速測定装置および方法を提供する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の流速測定装置は、粒子が懸濁された流体に
対して、流れ方向に沿った少なくとも２つの位置に光束
を照射する光照射手段と、前記各光束を前記流体の反対
側で受光し、前記粒子が前記各光束を遮断した時に信号
を出力する受光手段と、前記信号を取込んで前記粒子が
前記各光束間を通過するのに要する時間を算出して、前
記流体の流速を検出する流速検出手段と、を具備するも
のである。

【０００７】また、本発明の流速測定装置は、粒子が懸
濁された流体に対して光束を照射し、流体中に流れ方向
に沿って少なくとも２つの焦点を形成させる光照射手段
と、前記光束を前記流体の反対側で受光し、前記粒子が
前記各焦点を遮断した時に信号を出力する受光手段と、
前記信号を取込んで前記粒子が前記各焦点間を通過する
のに要する時間を算出して、前記流体の流速を検出する
流速検出手段と、を具備するものである。

【０００８】また、本発明の流速測定装置は、粒子が懸
濁された流体に対して、上流側の位置では１つの光束
を、下流側の位置では流体の流れに直角方向に連なる複
数の光束をそれぞれ照射する光照射手段と、前記１つの
光束と複数の光束を前記流体の反対側で受光し、前記粒
子が前記１つの光束および複数の光束を遮断した時に信
号を出力する受光手段と、前記信号を取込んで前記粒子
が前記１つの光束と複数の光束との間を通過するのに要
する時間を算出して、前記流体の流速を検出する流速検
出手段と、を具備するものである。

【０００９】また、本発明の流速測定装置は、粒子が懸
濁された流体に対して、上流側の位置では１つの光束
を、下流側の位置では流体の流れに直角方向に連なる複
数の光束をそれぞれ照射する光照射手段と、前記１つの
光束と複数の光束を前記流体の反対側で受光し、前記粒
子が前記１つの光束および複数の光束を遮断した時に信
号を出力する受光手段と、前記信号を取込んで前記粒子
が前記１つの光束と複数の光束との間を通過するのに要
する時間を算出して、前記流体の流速を検出する流速検
出手段と、前記粒子が流体の流れ方向に対して斜めに通
過したときに、前記検出した流速値を補正する補正手段
と、を具備するものである。

【００１０】また、本発明の流速測定装置は、粒子が懸
濁された流体に対して、その流れに直角方向に連なる複
数の光束を、流体の流れ方向に沿った少なくとも２つの
位置に照射する光照射手段と、前記複数の光束の各々を
前記流体の反対側で受光し、前記粒子が前記複数の光束
の各々を遮断した時に信号を出力する受光手段と、前記
信号を取込んで前記粒子が前記複数の光束間を通過する
のに要する時間を算出して、前記流体の流速を検出する
流速検出手段と、を具備するものである。

【００１１】また、本発明の流速測定装置は、粒子が懸
濁された流体に対して、その流れに直角方向に連なる複
数の光束を、流体の流れ方向に沿って少なくとも２つの
位置に照射する光照射手段と、前記複数の光束の各々を
前記流体の反対側で受光し、前記粒子が前記複数の光束
の各々を遮断した時に信号を出力する受光手段と、前記
信号を取込んで前記粒子が前記複数の光束間を通過する
のに要する時間を算出して、前記流体の流速を検出する
流速検出手段と、前記粒子が流体の流れ方向に対して斜
めに通過したときに、前記検出した流速値を補正する補
正手段と、を具備するものである。

【００１２】また、本発明の流速測定装置は、粒子が懸
濁され流路内を流れている流体に対して、流れ方向に沿
った少なくとも２つの位置に光束を照射する光照射手段
と、前記各光束が前記流体を横切って前記流路の壁面で
散乱した散乱光を受光し、前記粒子が前記各光束を遮断
した時に信号を出力する受光手段と、前記信号を取込ん
で前記粒子が前記光束間を通過するのに要する時間を算
出して、前記流体の流速を検出する流速検出手段と、を
具備するものである。

【００１３】また、本発明の流速測定装置は、粒子が懸
濁され流路内を流れている流体に対して、流れ方向に沿
った少なくとも２つの位置に光束を照射する光照射手段
と、前記各光束が前記流体を横切って前記流路の壁面で
反射した反射光を受光し、前記粒子が前記各光束を遮断
した時に信号を出力する受光手段と、前記信号を取込ん
で前記粒子が前記光束間を通過するのに要する時間を算
出して、前記流体の流速を検出する流速検出手段と、を
具備するものである。

【００１４】また、本発明は、上記各流速測定装置をイ
ンジェクタ燃料噴射装置に搭載したことである。

【００１５】さらに、本発明の流速測定方法は、粒子が
懸濁された流体に対して、流れ方向に沿った少なくとも
２つの位置に光束を照射するとともに、前記各光束を前
記流体の反対側で受光して、前記粒子が前記各光束を遮
断する瞬間を検知することにより、前記粒子が前記光束
間を通過するのに要する時間を算出して、前記流体の流
速を検出することである。

【００１６】また、本発明の流速測定方法は、粒子が懸
濁された流体に対して光束を照射し、流体中に流れ方向
に沿って少なくとも２つの焦点を形成させるとともに、
前記光束を前記流体の反対側で受光して、前記粒子が前
記各焦点を遮断する瞬間を検知することにより、前記粒
子が前記焦点間を通過するのに要する時間を算出して、
前記流体の流速を検出することである。

【００１７】また、本発明の流速測定方法は、粒子が懸
濁された流体に対して、上流側の位置には１つの光束
を、下流側の位置には流体の流れに直角方向に連なる複
数の光束をそれぞれ照射するとともに、前記１つの光束
と複数の光束を前記流体の反対側で受光して、前記粒子
が前記１つの光束および複数の光束を遮断する瞬間を検
知することにより、前記粒子が前記１つの光束と複数の
光束との間を通過するのに要する時間を算出して、前記
流体の流速を検出することである。

【００１８】また、本発明の流速測定方法は、粒子が懸
濁された流体に対して、その流れに直角方向に連なる複
数の光束を、流体の流れ方向に沿った少なくとも２つの
位置に照射するとともに、前記複数の光束の各々を前記
流体の反対側で受光して、前記粒子が前記複数の光束の
各々を遮断する瞬間を検知することにより、前記粒子が
前記複数の光束間を通過するのに要する時間を算出し
て、前記流体の流速を検出することである。

【００１９】また、本発明の流速測定方法は、粒子が懸
濁され流路内を流れている流体に対して、流れ方向に沿
った少なくとも２つの位置に光束を照射するとともに、
前記各光束が前記流体を横切って前記流路の壁面で散乱
した散乱光を受光して、前記粒子が前記各光束を遮断す
る瞬間を検知することにより、前記粒子が前記光束間を
通過するのに要する時間を算出して、前記流体の流速を
検出することである。

【００２０】また、本発明の流速測定方法は、粒子が懸
濁され流路内を流れている流体に対して、流れ方向に沿
った少なくとも２つの位置に光束を照射するとともに、
前記各光束が前記流体を横切って前記流路の壁面で反射
した反射光を受光して、前記粒子が前記各光束を遮断す
る瞬間を検知することにより、前記粒子が前記光束間を
通過するのに要する時間を算出して、前記流体の流速を
検出することである。

【００２１】

【作用】粒子が懸濁されている流体に対して、照射光学
系から光束を照射し、流体の反対側で前記光束を受光す
ると、光束が粒子にあたってないときは受光器が一定値
を出力しているが、光束が粒子にあたった場合には光束
が遮断され受光器の出力値がパルス的に変化する。そこ
で、照射光学系から所定方向に所定間隔で少なくとも２
つの光束を照射すれば、各々の光束を通過する度に受光
器からの出力値がパルス的に変化して、その光束間を粒
子が通過するのに要する時間を知ることができる。この
場合、光束間の距離は分かっているので、光束間の距離
を粒子の通過時間で割れば流体の流速を求めることがで
きる。

【００２２】上記のように光束は２つでも流体の流速を
求めることができるが、流体中の粒子は上流側の光束を
通過したものが下流側の光束を通過するとは限らず、ま
た上流側の光束を通過しないものが下流側の光束を通過
する可能性がある。このような場合には流速測定結果の
精度が低下することになる。そこで、３つの光束を照射
して、粒子が上流側の光束間を通過するのに要する時間
と下流側の光束間を通過するのに要する時間と比較し、
その差が大きいときは測定した粒子が同一ではないと判
断して、そのデータを除外するようにしている。これに
よって、流速測定結果の精度を向上させることができ
る。

【００２３】また、受光器で受光する光束は、粒子の散
乱光よりも光の強い照射光学系より直接照射される光で
あるから、外部からのノイズが入りにくく高精度の流速
測定が可能である。

【００２４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に従って説明す
る。（第１実施例）図１〜図３は本発明の第１実施例を示
し、図１および図２は流速測定装置の構成を、図３はそ
の流速測定装置を用いて流速を測定している様子を表わ
している。図１の符号１の点線で囲まれた部分は照射光
学系を示し、光源２、回折格子３、レンズ４，５からな
っている。照射光学系１は流路１２の近傍に配置され、
その流路１２を挟んで照射光学系１の反対側にはレンズ
１３と受光器群１４が配設されている。流路１２は流路
壁８，９で形成され、流路壁８，９には光源２より照射
された光線を透すための観測窓６，７が設けられてい
る。流路１２内では流体は白抜き矢印１０の方向に流れ
ており、その流体中に粒子１１が懸濁されている。ま
た、受光器群１４は受光器１５，１６，１７から構成さ
れている。

【００２５】照射光学系１においては、光源２より照射
された光線を回折格子３を介して、０次項、±１次光、
±２次光にそれぞれ分散させ、このうち０次光と±１次
光を利用する。分散させた光線はレンズ４を介して一度
集光させるが、図１の場合は焦点距離が短いために別の
レンズ５を介して観測窓６に照射して、流路１２内に光
線の焦点を３点形成している（点線楕円で囲まれた部
分、以下Ａ部分と呼ぶ）。なお、本実施例では照射光学
系１に回折格子を用いているが、この代わりにプリズム
や光ファイバーを用いてもよい。

【００２６】Ａ部分を形成後、流路１２内に照射された
光線は観測窓７を介して流路１２の外部に透過する。そ
の透過した光線は、レンズ１３を用いて再び集光され、
受光器群１４の受光器１５，１６，１７に各々受光され
る。そして、受光器１４，１５，１６は光線を受光する
と、その受光光線を電気的信号に変換する。

【００２７】図２は、その受光光線を電気的信号に変換
するための信号処理装置の構成図である。１８，１９，
２０は受光器１５，１６，１７によりそれぞれ検出され
た信号を増幅する増幅器、２１，２２は前記各増幅器１
８，１９，２０より送られた信号の時間間隔を測定・表
示する時間間隔測定器（例えば、タイムトゥパルスハ
イトコンバータのようなものがある）、２３は時間間
隔測定器２１，２２より得られた時間間隔のデータを比
較するコンパレータ（比較器）である。

【００２８】図２において、受光器１５，１６，１７に
受光された信号は、各受光器に対応したところに信号を
受け取り、その信号が受光器１５，１６，１７により電
気的信号に変換された後に、増幅器１８，１９，２０に
よって時間間隔測定器２１，２２にて処理可能な水準ま
で増幅される。ここで、粒子１１が流路１２内に存在し
ない場合は、受光器１５，１６，１７の出力は一定値と
なる。

【００２９】次に、照射光学系１より光線が照射されて
流路１２内のＡ部分に３つの焦点が形成されているとこ
ろに流れに沿って粒子１１が流れてくると、まず初めに
流れに沿って上流側の１番目に形成されている焦点を遮
断するために、それに対応した受光器の出力信号に変化
が生じる。その後、流体の流れに従って粒子１１は、上
流側に形成された１番目の焦点を完全に通過するため、
前記受光器の出力信号も一定値にもどる。すなわち、上
流側１番目の焦点上には粒子１１は存在していない状態
になる。さらに、粒子１１が流れに従って下流側へ流さ
れるとＡ部分に形成されている３つの焦点のうち、上流
側より２番目に形成されている焦点に至る、そして、さ
らに粒子１１が流れに従って下流側へ流されていくと、
Ａ部分に形成される３焦点のうちの上流側より３番目に
形成されている焦点に至る。

【００３０】上流側より２番目および３番目の焦点を粒
子１１が通過する間は、１番目の焦点を通過する場合と
同様に、受光器に照射されなくなり、それぞれに対応し
た受光器の出力信号に変化が生じる。その後、流体の流
れに従って、粒子１１が流されていき各々の焦点を粒子
１１が完全に通過してしまうと再び光線は各受光器に受
光され、受光器の出力信号も一定値にもどる。そして、
更に流体の流れに従って、粒子１１が下流側へと流され
ていくことになる。このようにして、Ａ部分の３つの焦
点を通過する粒子１１が光線を遮断する信号で流速を測
定することができる。

【００３１】ところで、３つの焦点間の距離はそれぞれ
既知の値となっており、流れの向きに従って上流側より
１番目と２番目の焦点間の距離をＬ１、２番目と３番目
の焦点間の距離をＬ２とする。また、Ｌ１、Ｌ２の距離
を粒子１１が通過する時間をそれぞれΔｔ１、Δｔ２と
する。そして、以下に示す（１）式が成立する場合のみ
所定の粒子が所定の光線間を通過したと判断して、信号
が次の段階へと送られ、被測定物体の流速が求められ
る。この（１）式に示す関係が満たされなければ、所定
の粒子が所定の光線間を通過しなかったとしてノイズと
して扱う。ここで、Δεは、許容誤差を表している。

【００３２】

【数１】

【００３３】次に、図３を用いて本発明の実施状況を説
明する。流れのある回流水槽２５内を流れる流体の流れ
にモデル２４を取付け、それ以降の流れを乱れた流れに
する（モデル２４以降の流れは非定常流れ）。また、回
流水槽２５には、照射光学系１より照射される光線を透
すために観測窓６,７が設けてある。観測窓６,７を透過
した光線は受光器群１４にて受光されており、その受光
器群１４からの信号は、図２に示すような装置で信号処
理が行われ被測定物体の流速が分かるようになってい
る。なお、回流水槽２５内の流体には粒子１１が懸濁さ
れている。

【００３４】本実施例によれば、粒子１１に光線を照射
し、その粒子１１からの散乱光を受光器１５，１６，１
７にて検出するのではなく、粒子１１の散乱光よりも光
の強い照射光学系より直接照射される入射光を用いてい
るために、受光器１５，１６，１７にて取り入れられる
信号レベルが高く耐ノイズ性を高くすることができる。

【００３５】また、光線の進行方向の測定位置の特定が
可能であり、さらに粒子１１が３つの焦点を通過したこ
とを高い確率で判別可能なため、被測定流速の瞬時値の
計測（非定常流れの流速測定）を高い精度で行うことが
できるという効果がある。

【００３６】（第２実施例）図４〜図６は本発明の第２
実施例を示している。本実施例での流速測定装置では、
図４に示すように、照射光学系２６，２７と受光器３
０，３１とが流路１２を挟んで配設されている。受光器
３０，３１には、検出信号を増幅する増幅器１８，１９
が接続され、さらに増幅器１８，１９には、増幅された
信号の時間間隔を測定・表示する時間間隔測定器２１
と、増幅された信号を表示するためのシンクロスコープ
３２が接続されている。また、流路１２は第１実施例の
場合と同様に流路壁８，９で構成され、流路壁８，９に
は光線を透すための観測窓６，７がそれぞれ設けられて
いる。照射光学系２６，２７は、レンズと回折格子、レ
ンズとプリズム、またはレンズと光ファイバーの何れか
で構成されている。流路１２に懸濁している粒子１１
は、例えば光線２８，２９の径を５０μｍとすればその
径はおよそ５０〜１００μｍであるのが望ましい。

【００３７】次に動作を説明する。照射光学系２６，２
７より照射された光線２８，２９は、流路壁８に設けら
れた観測窓６を介して流路１２内に入射し、さらに流路
１２を透過し観測窓７を通して受光器３０，３１によっ
て受光される。受光器３０，３１は光線２８，２９を受
光すると、それらを電気的信号に変換する。そして、変
換された信号は増幅器１８，１９を通過するときに時間
間隔測定器２１が処理できる水準にまで増幅される。そ
の際の増幅器１８，１９の出力はシンクロスコープ３２
にモニターされる。ここで、粒子１１が流路１２内に存
在しない場合は受光器３０，３１の出力は一定値とな
る。

【００３８】次に、光線２８，２９が照射されていると
ころに流れに沿って粒子１１が流れてくると、まず初め
に流れの上流側に透過されている光線２８を遮断するの
で、受光器３０の出力信号に変化が生じ、シンクロスコ
ープ３２に表示されていた一定値の表示に変化が生じ
る。その後、流体の流れに従って粒子１１は光線２８を
完全に通過する。そして、シンクロスコープ３２に表示
されている値も元の値に回復する。すなわち、光線２８
軸上に粒子は存在していない状態になる。さらに粒子１
１が流れに従って下流側へ流されると、照射光学系２７
より照射される光線２９に至る。粒子１１が光線２９を
通過する間は受光器３１に照射されなくなる。その後、
流体の流れに従って、粒子１１は流されていき光線２９
を粒子１１が完全に通過すると、再び光線２９は受光器
３１に受光される。そして、さらに流体の流れに従っ
て、粒子１１が下流側へと流されていく。

【００３９】このようにして、同一の粒子１１が光線２
８と２９の間を通過し、各光線を遮断したときに各受光
器３０および３１は信号を出力することになる。ここ
で、受光器３０，３１内に設けてある検出器より出力さ
れる各信号の電気的信号は弱いために、増幅器１８，１
９にて増幅し、各信号の時間差を時間間隔測定器（例え
ば、タイムトゥパルスハイトコンバータのようなも
のがある)に取込んで時間差を求める。そして、流速は
各光線２８と２９間の間隔Ｌ１が設定時に既知の値であ
るために流速を求めることができる。また、増幅器３
０，３１からの信号は、シンクロスコープ３２に出力す
れば各信号の波形が表示される。

【００４０】なお、流路１２内には粒子１１のほかに幾
つかの粒子が存在しているため、ノイズが発生する恐れ
がある。さらに、光線２８を通過した粒子が下流側の光
線２９を通過するとは限らないし、光線２８を通過しな
いで光線２９を通過する粒子もありうる。そのような現
象がある場合は、正確な流速を得ることができない。こ
の対策として、マルチチャンネルアナライザーを用いる
ことが考えられる。以下、そのことについて説明をす
る。

【００４１】時間間隔測定器２１より出力された信号を
マルチチャンネルアナライザーに入力することにより、
図５に示すようなグラフが出力される。図５は縦軸に頻
度、横軸にパルス間隔を示しており、図中の頻度の高い
部分が粒子の平均流速を表わしている。頻度の低いとこ
ろや水平なところはノイズとして扱われる。これらのノ
イズは照射光学系２６より照射された光線２８と照射光
学系２７より照射された光線２９を異なった粒子が通過
した場合に起こる現象である。また、図６は照射光学系
２６，２７より照射された光線２８，２９を光線の向き
に対して垂直断面Ａ−Ａを図示したものである。

【００４２】本実施例によれば、粒子１１に光線２８，
２９を照射し、その粒子１１からの散乱光を受光器３
０，３１にて検出するのではなく、粒子１１の散乱光よ
りも光の強い照射光学系より直接照射される入射光（光
線２８および２９）を用いているために、受光器３０，
３１からの出力信号のレベルが高く、耐ノイズ性を向上
させることができる。

【００４３】また、被測定物体が光線２８，２９を遮断
する方式のために、光線２８，２９の出力が低くても、
容易に測定することができるとともに、狭い流路を流れ
る被測定物体の計測（例えば、流路幅１ｍｍ以下）の場
合でも、流速測定が可能であり、さらに被測定物体の瞬
時値の計測（すなわち、非定常流の流速計測）をも可能
となる効果がある。

【００４４】（第３実施例）図７は本発明の第３実施例
を示している。照射光学系２６，２７から照射された一
定間隔Ｌ１の光線２８，２９が、流路壁８に設けられた
観測窓６を介して流路１２内に入るようになっていると
ころは第２実施例の場合と同様である。しかし、本実施
例では、観測窓６の向かいあったところには光線２８，
２９を透過するための観測窓が設けられておらず、光線
２８，２９は流路１２内に入ってから、流路壁９にあた
ってそこで散乱する。そして、その散乱した散乱光３３
の一部の光線３４，３５を受光器３０，３１にて受光す
る。

【００４５】上記の光学系が設置されている流路１２内
に、第２実施例と同様に粒子１１が懸濁されている流体
が流れてくると、その粒子１１が一定間隔Ｌ１で照射光
学系２６，２７より照射されている光線２８，２９間を
通過して、それらの光線２８，２９を遮断することによ
り、受光器３０，３１により受光されている光線２８，
２９の散乱光線３４，３５が受光されなくなり、受光器
３０，３１の出力信号に変化が生じる。そして、受光器
３０，３１からの出力信号を第２実施例の場合と同様に
処理することにより、流体の流速を求めることができ
る。

【００４６】図８は受光器３０（または３１）の構成を
示したものであり、点線にて囲まれた部分が受光器３０
（または３１）を表している。受光器３０（または３
１）内にはレンズ３６とピンホール３７と検出器３８が
設けられ、光線（図８中では流路壁９からの散乱光３３
の光）をレンズ３６にて集光したのちに、ピンホール３
７を介して検出器３８で検出して、電気的信号に変換す
るようになっている。

【００４７】図８に示した受光器は第２実施例にも、ま
た以降に述べる実施例にも用いられている。

【００４８】本実施例によれば、第２実施例と同様の効
果を得ることができる。また流路１２に対して、照射光
学系２６，２７と受光器３０，３１を同じ側に配置して
一体化することができるので、照射光学系２６，２７や
受光器３０，３１の調整を容易に行うことができる。さ
らに散乱光を受光しているため光軸合わせが不要とな
り、第２実施例より装置を簡素化することができる。

【００４９】（第４実施例）図９は本発明の第４実施例
を示している。照射光学系２６，２７にて照射された一
定間隔Ｌ１の光線２８，２９が、流路壁８に設けられた
観測窓６を介して流路１２内に入るようになっていると
ころは第２・３実施例と同様である。そして、流路１２
内に入った光線２８，２９は観測窓７に照射されるが、
本実施例では、光線２８，２９が観測窓７に照射された
ときに生じる散乱光３３の一部の光線３４，３５を受光
器３０，３１にて受光するようになっている。

【００５０】上記構成の光学系が設置されている流路１
２内に、第２実施例と同様に粒子１１が懸濁されている
流体が流れてくると、その粒子１１が一定距離間隔Ｌ１
で照射光学系２６，２７より照射されている光線２８，
２９間を通過して、それを光線２８，２９を遮断するこ
とにより、受光器３０，３１により受光されている光線
２８，２９の散乱光線３４，３５が受光されなくなり、
受光器３０，３１の出力信号に変化が生じる。そして、
受光器３０，３１からの出力信号を第２実施例の場合と
同様に処理することにより、流体の流速を求めることが
できる。

【００５１】本実施例によれば、第２実施例と同様の効
果を得ることができる。また散乱光を受光しているため
光軸合わせが不要となり、第２実施例より装置を簡素化
することができる。

【００５２】（第５実施例）図１０は本発明の第５実施
例を示している。本実施例の原理は第２実施例と同様で
あり、構成もほぼ同様である。また、図１０に図示した
ものは図４のＡ−Ａ断面に対応する部分を表わしてい
る。本実施例の特徴は、流体の流れ方向１０に対して、
上流側に光線２８を下流側に複数の光線からなる光線群
３９を照射できるようにしたことである。光線群３９は
流体の流れ方向１０に対して直角方向に延びている。ま
た光線群３９は一本一本を単独、もしくは複数に同時に
照射されるようになっており、受光器３１は上記光線群
３９を受光することができる。

【００５３】また、流体の流れ方向１０に対して、流体
中に懸濁されている粒子が斜めに流されたとき、光線２
８を通過した粒子が光線群３９の上下端部を通過するこ
とがある。このような場合には、粒子の移動距離は光線
２８と光線群２９との距離Ｌ１に等しくならない。そこ
で、粒子が光線群３９のどの位置を通過したかを検出し
て距離Ｌ１に補正を加える（粒子の実際の移動距離を算
出する）と、流体の流速をより正確に求めることができ
る。また、光線群３９の下流側に光線群３９と同様な光
線群を配置すれば、流体の流速をより一層正確に求める
ことができる。

【００５４】本実施例は、第２から第４実施例と同様の
効果があるが、その他に、被測定物体の流れの方向もあ
る程度把握することができるという効果がある。

【００５５】（第６実施例）図１１は本発明の第６実施
例を示している。本実施例の原理も第２実施例と同様で
あり、構成もほぼ同様である。また、図１１に図示した
ものは図４のＡ−Ａ断面に対応する部分を表わしてい
る。本実施例の特徴は、流体の流れ方向１０に対して、
上流側と下流側に複数の光線からなる光線群４０，３９
をそれぞれ照射できるようにしたことである。光線群３
９，４０は流体の流れ方向１０に対して直角方向に延び
ている。また光線群３９，４０は一本一本を単独、もし
くは複数に同時に照射されるようになっており、受光器
３０，３１は上記光線群３９，４０をそれぞれ受光する
ことができる。本実施例も第５実施例と同じ効果があ
る。

【００５６】また、本実施例の場合も、第５実施例と同
様に、粒子が光線群４０と３９のどの位置を通過したか
を検出して距離Ｌ１に補正を加える（粒子の実際の移動
距離を算出する）ことにより、流体の流速をより正確に
求めることができる。また、光線群３９の下流側に光線
群３９または４０と同様な光線群を配置すれば、流体の
流速をより一層正確に求めることができる。

【００５７】（第７実施例）図１２は本発明の第７実施
例を示している。本実施例では第２実施例に照射光学系
をもう一組追加し、流路１２内の流体の流れに沿って三
本の光線を照射するようにしたものである。各光線間の
距離間隔は、光線２８と光線２９の距離間隔がＬ１、光
線２９と光線４２の距離間隔がＬ２である。この場合、
第２実施例と同様に、粒子１１が流路上流側より流れて
きてＬ１の距離を通過するのに要する時間をΔｔ１、Ｌ
２の距離を通過するのに要する時間をΔｔ２とする。そ
して、第１実施例で示した、（１）式に示す関係式が成
立する場合のみ所定の粒子１１が所定の光線間を通過し
たとし、信号が次の段階へと送られ、被測定物体の流速
が求められる。この（１）式に示す関係が満たされなけ
れば、所定の粒子１１が所定の光線間を通過しなかった
としてノイズとして扱う。

【００５８】本実施例によれば、粒子１１が３本の光線
を通過したことを高い確率で判別可能なため、被測定流
速の瞬時値の計測（非定常流れの流速測定）が高い精度
で可能になる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光束がコリメータレンズを通過しないで流体に照射され
ているので、光束が広がることがなく、Ｓ／Ｎ比を高く
維持することができる。その結果、弱い光線を用いた比
較的簡単な装置構成の測定装置でも、狭い流路内を流れ
る被測定物体の流速測定が可能になる。

【００６０】また、Ｓ／Ｎ比を高くできることにより高
精度の流速測定が可能となり、被測定物体の流速の瞬時
値の計測（すなわち、非定常流流れの流速計測）が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による流速測定装置のセン
サ部の構成図である。

【図２】本発明の第１実施例による流速測定装置の信号
処理装置の構成図である。

【図３】本発明の第１実施例による流速測定装置の実施
状況説明図である。

【図４】本発明の第２実施例による流速測定装置の全体
構成図である。

【図５】第２実施例において出力信号をマルチチャンネ
ルアナライザーに入力したときの表示結果を示す図であ
る。

【図６】第２実施例において照射光学系により照射され
ている光線の断面図である。

【図７】本発明の第３実施例による流速測定装置の要部
構成図である。

【図８】受光器の内部構成図である。

【図９】本発明の第４実施例による流速測定装置の要部
構成図である。

【図１０】本発明の第５実施例において照射光学系によ
り照射されている光線の断面図である。

【図１１】本発明の第６実施例において照射光学系によ
り照射されている光線の断面図である。

【図１２】本発明の第７実施例による流速測定装置の要
部構成図である。

【符号の説明】

１，２６，２７，４１照射光学系２光源３回折格子４，５，１３レンズ６，７観測窓８，９流路壁１０流体の流れ方向１１粒子１２流路１４受光器群１５，１６，１７，３０，３１，４３受光器１８，１９，２０増幅器２１，２２時間間隔測定器２３コンパレータ２４モデル２５回流水槽２８，２９，４２光線３２シンクロスコープ３３散乱光３４，３５散乱光からの光線３６受光器内レンズ３７受光器内ピンホール３８受光器内検出器３９，４０光線群

フロントページの続き (72)発明者岡本良雄茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者関根義人茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子が懸濁された流体に対して、流れ方
向に沿った少なくとも２つの位置に光束を照射する光照
射手段と、前記各光束を前記流体の反対側で受光し、前
記粒子が前記各光束を遮断した時に信号を出力する受光
手段と、前記信号を取込んで前記粒子が前記各光束間を
通過するのに要する時間を算出して、前記流体の流速を
検出する流速検出手段と、を具備する流速測定装置。
【請求項２】粒子が懸濁された流体に対して光束を照
射し、流体中に流れ方向に沿って少なくとも２つの焦点
を形成させる光照射手段と、前記光束を前記流体の反対
側で受光し、前記粒子が前記各焦点を遮断した時に信号
を出力する受光手段と、前記信号を取込んで前記粒子が
前記各焦点間を通過するのに要する時間を算出して、前
記流体の流速を検出する流速検出手段と、を具備する流
速測定装置。
【請求項３】請求項２記載の流速測定装置において、
前記光照射手段は３つの焦点を形成し、かつ前記流速検
出手段は前記各焦点間のうち、上流側の２つの焦点間を
前記粒子が通過するのに要する時間と下流側の２つの焦
点間を前記粒子が通過するのに要する時間とを比較し
て、その差が規定値内のときのみ流速検出のデータとし
て採用することを特徴とする流速測定装置。
【請求項４】請求項２記載の流速測定装置において、
前記光照射手段は回折格子とレンズの組合せによって流
体中に焦点を形成することを特徴とする流速測定装置。
【請求項５】請求項２記載の流速測定装置において、
前記光照射手段はプリズムとレンズの組合せによって流
体中に焦点を形成することを特徴とする流速測定装置。
【請求項６】請求項２記載の流速測定装置において、
前記光照射手段は光ファイバとレンズの組合せによって
流体中に焦点を形成することを特徴とする流速測定装
置。
【請求項７】粒子が懸濁された流体に対して、上流側
の位置では１つの光束を、下流側の位置では流体の流れ
に直角方向に連なる複数の光束をそれぞれ照射する光照
射手段と、前記１つの光束と複数の光束を前記流体の反
対側で受光し、前記粒子が前記１つの光束および複数の
光束を遮断した時に信号を出力する受光手段と、前記信
号を取込んで前記粒子が前記１つの光束と複数の光束と
の間を通過するのに要する時間を算出して、前記流体の
流速を検出する流速検出手段と、を具備する流速測定装
置。
【請求項８】粒子が懸濁された流体に対して、上流側
の位置では１つの光束を、下流側の位置では流体の流れ
に直角方向に連なる複数の光束をそれぞれ照射する光照
射手段と、前記１つの光束と複数の光束を前記流体の反
対側で受光し、前記粒子が前記１つの光束および複数の
光束を遮断した時に信号を出力する受光手段と、前記信
号を取込んで前記粒子が前記１つの光束と複数の光束と
の間を通過するのに要する時間を算出して、前記流体の
流速を検出する流速検出手段と、前記粒子が流体の流れ
方向に対して斜めに通過したときに、前記検出した流速
値を補正する補正手段と、を具備する流速測定装置。
【請求項９】粒子が懸濁された流体に対して、その流
れに直角方向に連なる複数の光束を、流体の流れ方向に
沿った少なくとも２つの位置に照射する光照射手段と、
前記複数の光束の各々を前記流体の反対側で受光し、前
記粒子が前記複数の光束の各々を遮断した時に信号を出
力する受光手段と、前記信号を取込んで前記粒子が前記
複数の光束間を通過するのに要する時間を算出して、前
記流体の流速を検出する流速検出手段と、を具備する流
速測定装置。
【請求項１０】粒子が懸濁された流体に対して、その
流れに直角方向に連なる複数の光束を、流体の流れ方向
に沿って少なくとも２つの位置に照射する光照射手段
と、前記複数の光束の各々を前記流体の反対側で受光
し、前記粒子が前記複数の光束の各々を遮断した時に信
号を出力する受光手段と、前記信号を取込んで前記粒子
が前記複数の光束間を通過するのに要する時間を算出し
て、前記流体の流速を検出する流速検出手段と、前記粒
子が流体の流れ方向に対して斜めに通過したときに、前
記検出した流速値を補正する補正手段と、を具備する流
速測定装置。
【請求項１１】粒子が懸濁され流路内を流れている流
体に対して、流れ方向に沿った少なくとも２つの位置に
光束を照射する光照射手段と、前記各光束が前記流体を
横切って前記流路の壁面で散乱した散乱光を受光し、前
記粒子が前記各光束を遮断した時に信号を出力する受光
手段と、前記信号を取込んで前記粒子が前記光束間を通
過するのに要する時間を算出して、前記流体の流速を検
出する流速検出手段と、を具備する流速測定装置。
【請求項１２】粒子が懸濁され流路内を流れている流
体に対して、流れ方向に沿った少なくとも２つの位置に
光束を照射する光照射手段と、前記各光束が前記流体を
横切って前記流路の壁面で反射した反射光を受光し、前
記粒子が前記各光束を遮断した時に信号を出力する受光
手段と、前記信号を取込んで前記粒子が前記光束間を通
過するのに要する時間を算出して、前記流体の流速を検
出する流速検出手段と、を具備する流速測定装置。
【請求項１３】請求項１１又は１２記載の流速測定装
置において、前記受光手段は前記流路に対して前記光照
射手段と同一側に配置されていることを特徴とする流速
測定装置。
【請求項１４】請求項１１記載の流速測定装置におい
て、前記受光手段は前記流路に対して前記光照射手段と
反対側に配置されていることを特徴とする流速測定装
置。
【請求項１５】請求項１〜１４のいずれかに記載の流
速測定装置を搭載したインジェクタ燃料噴射装置。
【請求項１６】粒子が懸濁された流体に対して、流れ
方向に沿った少なくとも２つの位置に光束を照射すると
ともに、前記各光束を前記流体の反対側で受光して、前
記粒子が前記各光束を遮断する瞬間を検知することによ
り、前記粒子が前記光束間を通過するのに要する時間を
算出して、前記流体の流速を検出する流速測定方法。
【請求項１７】粒子が懸濁された流体に対して光束を
照射し、流体中に流れ方向に沿って少なくとも２つの焦
点を形成させるとともに、前記光束を前記流体の反対側
で受光して、前記粒子が前記各焦点を遮断する瞬間を検
知することにより、前記粒子が前記焦点間を通過するの
に要する時間を算出して、前記流体の流速を検出する流
速測定方法。
【請求項１８】粒子が懸濁された流体に対して、上流
側の位置には１つの光束を、下流側の位置には流体の流
れに直角方向に連なる複数の光束をそれぞれ照射すると
ともに、前記１つの光束と複数の光束を前記流体の反対
側で受光して、前記粒子が前記１つの光束および複数の
光束を遮断する瞬間を検知することにより、前記粒子が
前記１つの光束と複数の光束との間を通過するのに要す
る時間を算出して、前記流体の流速を検出する流速測定
方法。
【請求項１９】粒子が懸濁された流体に対して、その
流れに直角方向に連なる複数の光束を、流体の流れ方向
に沿った少なくとも２つの位置に照射するとともに、前
記複数の光束の各々を前記流体の反対側で受光して、前
記粒子が前記複数の光束の各々を遮断する瞬間を検知す
ることにより、前記粒子が前記複数の光束間を通過する
のに要する時間を算出して、前記流体の流速を検出する
流速測定方法。
【請求項２０】粒子が懸濁され流路内を流れている流
体に対して、流れ方向に沿った少なくとも２つの位置に
光束を照射するとともに、前記各光束が前記流体を横切
って前記流路の壁面で散乱した散乱光を受光して、前記
粒子が前記各光束を遮断する瞬間を検知することによ
り、前記粒子が前記光束間を通過するのに要する時間を
算出して、前記流体の流速を検出する流速測定方法。
【請求項２１】粒子が懸濁され流路内を流れている流
体に対して、流れ方向に沿った少なくとも２つの位置に
光束を照射するとともに、前記各光束が前記流体を横切
って前記流路の壁面で反射した反射光を受光して、前記
粒子が前記各光束を遮断する瞬間を検知することによ
り、前記粒子が前記光束間を通過するのに要する時間を
算出して、前記流体の流速を検出する流速測定方法。