JPH06222067A - 流体の流速分布測定方法及び装置 - Google Patents

流体の流速分布測定方法及び装置

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JPH06222067A
JPH06222067A JP1152493A JP1152493A JPH06222067A JP H06222067 A JPH06222067 A JP H06222067A JP 1152493 A JP1152493 A JP 1152493A JP 1152493 A JP1152493 A JP 1152493A JP H06222067 A JPH06222067 A JP H06222067A
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JP
Japan
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optical fiber
fluid
flow velocity
distribution
measured
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Pending
Application number
JP1152493A
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English (en)
Inventor
Tsuneo Horiguchi
常雄 堀口
Toshio Kurashima
利雄 倉嶋
Kaoru Shimizu
薫 清水
Toshiya Sato
俊哉 佐藤
Yahei Oyamada
弥平 小山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】簡易な構成を有しかつ被測定流体の流速の分布
を遠隔から連続的に測定監視可能な流体の流速分布測定
方法及び装置を提供する。 【構成】被測定流体F中の流れ方向に沿って延在配置し
た光ファイバ1と、前記被測定流体Fの流速により生じ
た前記光ファイバ1の長さ方向の歪の分布を測定する歪
分布測定器2と、前記光ファイバ1を長さ方向の一点若
しくは複数の点において固定する固定手段3a〜3nと
を具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体又は気体、すなわ
ち流体における流動方向の流速分布を測定する方法及び
その実施に直接使用する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、流体の流速を測定する流速測
定方法及び装置が数多く提案されている。これらの流速
測定方法及び装置としては、オリフィスやベンチュリ管
を用いた差圧式、面積式、電磁流量計、超音波流量計又
は熱線式流量計による方法あるいはこれらの原理を利用
した装置が存在する。
【0003】これらの流速測定方法及び装置を用いて被
測定流体中の流通する例えばパイプライン等における複
数の位置に亙る流速の分布を求めるには、当該複数の位
置に一対一に対応するように複数の流速測定装置を配設
し、当該複数の流速測定装置の測定値をそれぞれ読みと
ることにより行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
流速測定方法及び装置は、原理的に単一の測定点のみに
対して測定可能な流速測定方法及び装置であるため、被
測定流体中の流速の分布を求めるためには、各測定点毎
に当該流速測定装置を配設する必要があった。このため
被測定流体の流速分布を断続的にしか計測することがで
きない欠点を有していた。
【0005】さらに同様の理由により、工場プラントの
様な場所に配置された非常に長いパイプライン内の被測
定流体中の流速の分布を測定するためには、適当な間隔
をおいて多数の流速測定装置を当該パイプラインに取り
付ける必要があり、加えてパイプラインの本数も多いこ
とから必要とする流速測定装置が膨大な数にのぼる欠点
を有していた。
【0006】また、被測定流体の流通するパイプライン
の中途に流速測定装置を介在して取り付けねばならず、
当該流速測定装置の新設、変更あるいは撤去等の作業を
容易に行い得るものではなかった。
【0007】その上、複数の測定点にて測定した流速デ
ータを遠隔に配置された監視点より集中監視するために
は、各測定点毎に測定した流速データを伝送容易な方法
に変換して送出する付属装置や、監視点にデータを転送
する為の信号線を必要とし、パイプライン全体の流速分
布を測定する際には装置全体の構成が非常に複雑となり
かつコスト高になる欠点を有していた。ここにおいて、
本発明は簡易な構成を有しかつ被測定流体の流速の分布
を遠隔から連続的に監視測定可能な流体の流速分布測定
方法及び装置を提供せんとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手法及び手段を採用
することにより達成される。すなわち、本発明法の特徴
は、光ファイバを被測定流体の流れ方向に沿って延在配
置し、当該被測定流体の流動が前記光ファイバに及ぼす
粘性抵抗により生じた光ファイバの長さ方向の歪の分布
を測定することにより、前記被測定流体の流れ方向の流
速の分布を測定してなる流体の流速分布測定方法であ
る。
【0009】本発明装置の第1の特徴は、被測定流体中
の流れ方向に沿って延在配置した光ファイバと、前記被
測定流体の流速により生じた前記光ファイバの長さ方向
の歪の分布を測定する歪分布測定器と、前記光ファイバ
を長さ方向の一点若しくは複数の点において固定する手
段とを具備してなる流体の流速分布測定装置である。
【0010】本発明装置の第2の特徴は、前記装置の第
1の特徴における光ファイバが、長さ方向に適当な間隔
で邪魔片を交差突設してなる流体の流速分布測定装置で
ある。
【0011】
【作用】本発明は、前記のような手法及び手段を講じた
ので、光ファイバを流速センサとして利用し、被測定流
体の流動により生じた当該光ファイバの長さ方向の歪の
分布を測定することにより、前記被測定流体中の流速の
分布を測定することが可能となる。
【0012】
【実施例】
(第1装置例)本発明の第1装置例を図面につき詳説す
る。図1は本装置例の流体の流速測定装置を示す構成概
念図である。図中、αは本実施例の流体の流速分布測定
装置、Fは被測定流体、Pはパイプライン、1は光ファ
イバ、2は歪分布測定器、3a〜3nは固定手段であ
る。
【0013】図1に示す本装置例の流体の流速分布測定
装置αにおいて、内部を被測定流体Fが流通する中空管
路であるパイプラインP内中心線に沿って、その全長あ
るいは一部に亙って光ファイバ1が挿通延在されてい
る。当該光ファイバ1の一端若しくは両端は、歪分布測
定器2に接続されており、前記光ファイバ1は、前記パ
イプラインPの内部に適当な間隔をおいて内設された固
定手段3a〜3nに固着されている。
【0014】(方法例)本装置例に適用する、本発明方
法の実施例につき図面を参照しながら説明する。ここで
前提として、被測定流体Fの粘性は一定であるものとす
る。被測定流体FがパイプラインP内を流動し、前記被
測定流体Fの粘性抵抗より前記パイプラインP中に挿通
された光ファイバ1は、前記被測定流体Fの流速に比例
した長さ方向の力を受ける。
【0015】ここで固定手段3a及び3b間の光ファイ
バ1に着目し、パイプラインPの座標軸xを図1に示す
ようにとると、光ファイバ1が位置xにおいて被測定流
体Fの流動による粘性抵抗により受ける力F(x)は、
【数1】 となる。ここでAは被測定流体Fの粘性係数、v(x)
は光ファイバ1の長さ方向の流速の分布である。
【0016】この時、光ファイバ1の長さ方向の歪の分
布ε(x)は、
【数2】 となる。ここでBは光ファイバ1の弾性係数である。
【0017】従って、流速の分布v(x)は、 v(x)=−(dε(x)/dx)/(AB) …数3 となる。
【0018】上式に示したように、目的とする被測定流
体Fの流速の分布v(x)は、歪分布測定器2により歪
の分布ε(x)を求め、その微分値dε(x)/dxを
求めた後、さらにこの微分値dε(x)/dxを予め求
めておいた比例定数A及び弾性係数Bにより除すること
によって求めることができる。
【0019】また、数2式から解るように、光ファイバ
1の長さが非常に長い場合すなわちxの値が大きい場合
には、当該光ファイバ1の一端における歪ε(x)が大
きくなり、当該光ファイバ1自身の機械的強度を超えて
破断に至る。そのため、光ファイバ1の歪ε(x)が一
定以上に増大しないように、当該光ファイバ1を図1に
示すように適当な間隔をおいて固定手段3a〜3nを用
いてパイプラインPの内部に固定し、当該光ファイバ1
に働く歪ε(x)を前記固定手段3a〜3nの隣接する
区間毎に分散させることが望ましい。
【0020】図3(a)は、固定手段3aの位置を基準
とし、固定手段3bの位置をL1、固定手段3cの位置
をL1+L2としたときの光ファイバの位置と歪との関
係を表した分布図である。位置L1において光ファイバ
1はパイプラインPに固定されているので、ここで歪ε
(x)は分散され、歪ε(L1)は左右で不連続値をと
る。なお、パイプラインPの内径は長さ方向に一様でな
いものと仮定している。
【0021】図3(b)は、図3(a)に数3式を適用
することにより求めた光ファイバの位置とパイプライン
中の流速の関係を表した分布図である。この図から解る
とおり、固定手段3a〜3nを用いて光ファイバ1を固
定しても、歪の分布ε(x)の傾き、すなわち微分値d
ε(x)/dxは固定手段3bの配設位置すなわち位置
L1の前後で変化しないため、流速の分布v(x)は歪
の分布ε(x)と異なり、位置L1において連続値をと
ることが可能である。
【0022】(第2装置例)本発明の第2装置例を図面
につき詳説する。図4は本装置例の流体の流速分布測定
装置を示す構成概念図である。図中、βは本実施例の流
体の流速分布測定装置、4a〜4nは邪魔片である。
【0023】図4において、流体の流速分布測定装置β
は、光ファイバ1の長さ方向に適当な間隔で適宜材質、
形状及び大きさよりなる邪魔片4a〜4nを交差突設し
ており、他の構成については前記第1装置例の流体の流
速分布測定装置αと同様に構成されている。
【0024】本装置例はこのような具体的実施態様を呈
するので、第1装置例の流体の流速分布測定装置αと比
較して、被測定流体Fと光ファイバ1間の摩擦抵抗が増
大することにより、被測定流体Fの流速の検出感度を高
めることが可能となる。
【0025】尚、前記第1及び第2装置例に適用する歪
分布測定器2は、光ファイバ1内への入射光に対するブ
ルリアン散乱光の周波数遷移が、光ファイバ1の歪に依
存して変化する現象を利用して当該光ファイバ1内の歪
の分布を測定する測定器である。
【0026】この現象を利用した歪分布測定器2として
は、 (1)光ファイバ1に入射させた連続光を、当該連続光
に対向して光ファイバ1に入射伝搬させたパルス光でブ
ルリアン光増幅することにより、当該光ファイバ1の歪
の分布ε(x)を測定するもの (2)光ファイバ1に入射させたパルス光の後方ブルリ
アン散乱光を受信することにより、当該光ファイバ1の
歪の分布ε(x)を測定するもの の二種類が存在する。
【0027】前記(1)及び(2)の歪分布測定器2に
ついては、それぞれ一例が「堀口他、電子情報通信学会
論文誌、B-1 、Vol.J73-B-I 、No.2、pp.144-152、199
0」及び「倉嶋他、電子情報通信学会秋季大会、B-637
、1992」にて報告されている。
【0028】歪分布測定器2として前記(1)を使用す
る場合には、光ファイバ1内に連続光及び当該連続光に
対向するパルス光を入射させる必要がある為、図1及び
図4に示すように、光ファイバ1の両端を当該歪分布測
定器2に接続する必要がある。一方、歪分布測定器2と
して前記(2)を使用する場合には、光ファイバ1の一
端を当該歪分布測定器2に接続するのみで測定可能であ
る。
【0029】
【発明の効果】かくして、本発明によれば、流速センサ
となる一本の光ケーブル上の任意の点に対応して被測定
流体の流速を連続的に測定監視することが可能であり、
パイプラインの中途に各測定点毎に対応して多数の流速
測定装置を配設する必要がなく、高い経済性を有する。
【0030】流速センサとなる光ファイバと歪分布測定
器との間は、当該光ファイバを延長した一本あるいは二
本の光ファイバにて接続するのみで良く、遠隔より流速
の分布を集中監視する場合においても、流速の測定点毎
に測定データ転送用の信号線や付属装置を必要とせず、
イニシャルコストを大幅に低減可能かつ容易に構成可能
で優れた経済性を有する。
【0031】パイプラインを中途で切断することなく流
速測定装置を配設することが可能であり、流速測定装置
の新設、変更あるいは撤去等の作業も容易に行うことが
できる。また、測定部に光ファイバを採用したことによ
り可動部分を持たず、その上簡易な構成を有しているた
め、メインテナンスフリーかつ信頼性が高い利点を有す
る。
【0032】流速センサとして用いる光ファイバは比較
的小さな直径を有する為、パイプライン内の被測定流体
の流通に影響を殆ど及ぼさないのみならず、従来例では
適用不可能な細管に対しても流速分布の測定が可能であ
る。
【0033】被測定流体が流通するパイプラインの内部
に測定用の光ファイバが内通されているため、当該パイ
プライン外部に流速測定装置を突出する必要がない。よ
って、複数のパイプラインが密集して配置されている場
所においても光ファイバを取り付けることができ、既存
の設備を変更すること無くしかも省スペースにて設置で
きる利点を有する。
【0034】さらに、監視部に歪分布測定器を用いたこ
とにより遠隔から容易に測定位置を連続制御して光ファ
イバ上の任意の点に対応する被測定流体の流速を求める
ことができる。加えて、被測定流体の粘性あるいは流速
に応じて選択した邪魔片を光ファイバ上に適宜交差突設
することにより、被測定流体の種類、流速に対する適用
範囲を広くとることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1装置例の流体の流速分布測定装置
を示す構成概念図である。
【図2】図1中II−II線視拡大断面図である。
【図3】(a)は同上における光ファイバの位置と歪と
の関係を表した分布図、(b)は同・位置とパイプライ
ン中の流速との関係を表した分布図である。
【図4】本発明の第2装置例の流体の流速分布測定装置
を示した構成概念図である。
【符号の説明】
α,β…流体の流速分布測定装置 F…被測定流体 P…パイプライン 1…光ファイバ 2…歪分布測定器 3a〜3n…固定手段 4a〜4n…邪魔片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 6/00 (72)発明者 佐藤 俊哉 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 小山田 弥平 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバを被測定流体中の流れ方向に沿
    って延在配置し、当該被測定流体の流動が前記光ファイ
    バに及ぼす粘性抵抗により生じた当該光ファイバの長さ
    方向の歪の分布を測定することにより、前記被測定流体
    の流れ方向の流速の分布を測定することを特徴とする流
    体の流速分布測定方法。
  2. 【請求項2】被測定流体中の流れ方向に沿って延在配置
    した光ファイバと、前記被測定流体の流動により生じた
    前記光ファイバの長さ方向の歪の分布を測定する歪分布
    測定器と、前記光ファイバを長さ方向の一点若しくは複
    数の点において固定する固定手段とを具備したことを特
    徴とする流体の流速分布測定装置。
  3. 【請求項3】光ファイバは、長さ方向に適当な間隔で邪
    魔片を交差突設したことを特徴とする請求項2記載の流
    体の流速分布測定装置。
JP1152493A 1993-01-27 1993-01-27 流体の流速分布測定方法及び装置 Pending JPH06222067A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2414543A (en) * 2004-05-25 2005-11-30 Polarmetix Ltd Method and apparatus for detecting pressure distribution in fluids
JP2008191077A (ja) * 2007-02-07 2008-08-21 Chishin Go 風力監視装置
JP2009162657A (ja) * 2008-01-08 2009-07-23 Railway Technical Res Inst 強風監視方法及び強風監視装置

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