JPH0674890A - 噴霧状の液体粒子の物理量を測定する方法とこの方法 を実行する装置 - Google Patents
噴霧状の液体粒子の物理量を測定する方法とこの方法 を実行する装置Info
- Publication number
- JPH0674890A JPH0674890A JP3168415A JP16841591A JPH0674890A JP H0674890 A JPH0674890 A JP H0674890A JP 3168415 A JP3168415 A JP 3168415A JP 16841591 A JP16841591 A JP 16841591A JP H0674890 A JPH0674890 A JP H0674890A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measuring
- scattering
- phase shift
- refractive index
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 23
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 19
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 6
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 27
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N2015/0023—Investigating dispersion of liquids
- G01N2015/0026—Investigating dispersion of liquids in gas, e.g. fog
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N2021/4704—Angular selective
- G01N2021/4711—Multiangle measurement
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels; Explosives
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 広い温度範囲に曝される燃料の霧の粒子の密
度と屈折率に相違が生じため、粒径測定と温度測定で誘
起される誤差を排除できる位相二重風速計測法とその装
置を提供する。 【構成】 一次ビームに対する散乱ビームの位相のずれ
が粒径Ｄに依存しない第一散乱角Φ1 で粒子の温度を測
定するため、位相のずれを測定し、この値から粒径をを
求め、同時に位相のずれが粒径と屈折率ｎに依存する第
二散乱角Φ2 で位相のずれを測定して粒子の屈折率を求
める。屈折率と粒径から粒子の温度を導く。
度と屈折率に相違が生じため、粒径測定と温度測定で誘
起される誤差を排除できる位相二重風速計測法とその装
置を提供する。 【構成】 一次ビームに対する散乱ビームの位相のずれ
が粒径Ｄに依存しない第一散乱角Φ1 で粒子の温度を測
定するため、位相のずれを測定し、この値から粒径をを
求め、同時に位相のずれが粒径と屈折率ｎに依存する第
二散乱角Φ2 で位相のずれを測定して粒子の屈折率を求
める。屈折率と粒径から粒子の温度を導く。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、位相ドップラー風速
測定法（ＰＤＡ）によって噴霧状の液体、特に燃料の霧
の粒子の物理量を測定する方法、およびこの方法を実行
する装置に関する。
測定法（ＰＤＡ）によって噴霧状の液体、特に燃料の霧
の粒子の物理量を測定する方法、およびこの方法を実行
する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】位相ドップラー風速測定法では、噴霧状
の液体粒子の大きさと速度を測定するため、二つのコヒ
ーレントな励起ビームを交差させる。これによって、交
差領域で一定の測定空間が定まる。二つのビームが干渉
することによって、この測定空間中に干渉縞のパターン
が生じる。散乱ビームを検出する測定装置によって、散
乱ビームの位相ないしは周波数の変化が検出され、それ
から粒子の量と速度が導かれる。
の液体粒子の大きさと速度を測定するため、二つのコヒ
ーレントな励起ビームを交差させる。これによって、交
差領域で一定の測定空間が定まる。二つのビームが干渉
することによって、この測定空間中に干渉縞のパターン
が生じる。散乱ビームを検出する測定装置によって、散
乱ビームの位相ないしは周波数の変化が検出され、それ
から粒子の量と速度が導かれる。
【０００３】燃料の霧を燃焼させることは、自動車、飛
行および海洋輸送手段の一次動力源となる。更に、この
燃焼が住宅や産業構造物を暖房する場合、あるいは電力
を発生させる場合に主役を演ずる。しかしながら、この
意義に鑑み、燃料噴霧と以下の燃焼過程は、多様な燃焼
系を論理的に最適にするのに、未だ充分理解されていな
い。
行および海洋輸送手段の一次動力源となる。更に、この
燃焼が住宅や産業構造物を暖房する場合、あるいは電力
を発生させる場合に主役を演ずる。しかしながら、この
意義に鑑み、燃料噴霧と以下の燃焼過程は、多様な燃焼
系を論理的に最適にするのに、未だ充分理解されていな
い。
【０００４】噴霧の診断での最近の進歩によって、上記
知識が燃料噴霧に関しても応用できるようになった。位
相ドップラー風速測定法（ＰＤＡ）は霧の中の個々の粒
子の大きさと速度を同時に測定することを可能にする
が、見る見るうちに燃料霧を調べる測定方法としても知
られてきている。しかし、従来より知られているＰＤＡ
応用の多様性は、特に所謂「冷たい」噴霧に関してい
る。しかし、ＰＤＡ技術は、それ自体、燃焼期間中ある
いは燃料するまで噴霧に対して応用できる。しかし、液
体燃料の屈折率が温度に依存するので、粒子の大きさの
測定は粒子の温度変化によって不利な影響を受ける。
知識が燃料噴霧に関しても応用できるようになった。位
相ドップラー風速測定法（ＰＤＡ）は霧の中の個々の粒
子の大きさと速度を同時に測定することを可能にする
が、見る見るうちに燃料霧を調べる測定方法としても知
られてきている。しかし、従来より知られているＰＤＡ
応用の多様性は、特に所謂「冷たい」噴霧に関してい
る。しかし、ＰＤＡ技術は、それ自体、燃焼期間中ある
いは燃料するまで噴霧に対して応用できる。しかし、液
体燃料の屈折率が温度に依存するので、粒子の大きさの
測定は粒子の温度変化によって不利な影響を受ける。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、噴
霧状の液体粒子の大きさを測定する場合、粒子の温度あ
るいは温度の影響を数量化できる方法と、この方法を実
行する装置を提供することにある。
霧状の液体粒子の大きさを測定する場合、粒子の温度あ
るいは温度の影響を数量化できる方法と、この方法を実
行する装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、位相ドップラー風速測定法（ＰＤＡ）によって
噴霧状の液体、特に燃料の霧の粒子の物理量を測定する
方法の場合、一次ビームに対する散乱ビームの位相のず
れが実質上粒径Ｄにのみ依存する第一散乱角Φ
により、位相ドップラー風速測定法（ＰＤＡ）によって
噴霧状の液体、特に燃料の霧の粒子の物理量を測定する
方法の場合、一次ビームに対する散乱ビームの位相のず
れが実質上粒径Ｄにのみ依存する第一散乱角Φ
【０００７】
【外５】
【０００８】粒径を求め、同時に、一次ビームに対する
散乱ビームの位相のずれが粒径Ｄと屈
散乱ビームの位相のずれが粒径Ｄと屈
【０００９】
【外６】
【００１０】から粒子の屈折率ｎを求め、前記粒径Ｄと
屈折率ｎから粒子の密度と温度ｔを導くことによって解
決されている。
屈折率ｎから粒子の密度と温度ｔを導くことによって解
決されている。
【００１１】更に、上記の課題は、この発明により、一
定の測定空間４用の偏光された可干渉性励起ビームを与
える発生装置１と、測定空間４で生じた散乱ビームを検
出する測定装置５とを備え、位相ドップラー風速測定法
（ＰＤＡ）によって噴霧状の液体、特に燃料の霧の粒子
の物理量を測定する装置の場合、前記測定装置５が異な
った散乱角Φ1 とΦ2 で測定を行う少なくとも二つの検
出系６，６′を有し、一方の検出系６が前方散乱での 7
0 °の範囲の散乱ビームに向けて、また他方の検出系
６′が前方散乱での 30 °の範囲の散乱ビームに向けて
指向されていて、前記検出系６，６′が両方の散乱角Φ
1 とΦ2 で各位相のずれに比例する信号を発生させ、こ
れ等の信号を評価ユニット７に導入することによって解
決されている。
定の測定空間４用の偏光された可干渉性励起ビームを与
える発生装置１と、測定空間４で生じた散乱ビームを検
出する測定装置５とを備え、位相ドップラー風速測定法
（ＰＤＡ）によって噴霧状の液体、特に燃料の霧の粒子
の物理量を測定する装置の場合、前記測定装置５が異な
った散乱角Φ1 とΦ2 で測定を行う少なくとも二つの検
出系６，６′を有し、一方の検出系６が前方散乱での 7
0 °の範囲の散乱ビームに向けて、また他方の検出系
６′が前方散乱での 30 °の範囲の散乱ビームに向けて
指向されていて、前記検出系６，６′が両方の散乱角Φ
1 とΦ2 で各位相のずれに比例する信号を発生させ、こ
れ等の信号を評価ユニット７に導入することによって解
決されている。
【００１２】他の有利な構成は、特許請求の範囲の従属
請求項に記載されている。
請求項に記載されている。
【００１３】
【作用】位相ドップラー風速測定法による散乱解析は、
驚くことに、一定の散乱角の場合、粒径測定が屈折率の
変化に対して実用上鈍感であることを示している。他の
散乱角での位相測定は、粒径分布を歪める。何よりも、
「冷たい」屈折率を使用した場合、粒径が高温で過大評
価される。異なった二つの散乱角に対して同時に行った
位相測定を比較して、そのうちの一方の位相測定が屈折
率に依存しない場合、粒子の未知の屈折率を高温で数値
化し、それから密度と温度を算出することができる。
驚くことに、一定の散乱角の場合、粒径測定が屈折率の
変化に対して実用上鈍感であることを示している。他の
散乱角での位相測定は、粒径分布を歪める。何よりも、
「冷たい」屈折率を使用した場合、粒径が高温で過大評
価される。異なった二つの散乱角に対して同時に行った
位相測定を比較して、そのうちの一方の位相測定が屈折
率に依存しない場合、粒子の未知の屈折率を高温で数値
化し、それから密度と温度を算出することができる。
【００１４】この発明の構成によれば、70°の範囲の第
一散乱角Φ1 での前方散乱に関する
一散乱角Φ1 での前方散乱に関する
【００１５】
【外７】
【００１６】定される。その場合、励起ビームは測定室
にある干渉帯（ＰＤＡフリンジパターン）に平行に偏光
される。
にある干渉帯（ＰＤＡフリンジパターン）に平行に偏光
される。
【００１７】以下の説明は、燃料液滴に対して当てはま
るが、この発明はそれに限定されるものではない。これ
等の研究は粒径や屈折率の一定領分に対して行われる。
るが、この発明はそれに限定されるものではない。これ
等の研究は粒径や屈折率の一定領分に対して行われる。
【００１８】燃料の密度、および以下では屈折率は、直
接局所的な圧力や局所的な温度に影響される。燃焼系で
は、圧力と温度は時間的にも場所的にも変化し、とりわ
け燃料の装填量、表面積、蒸発速度および場所的な燃料
状態に依存する。
接局所的な圧力や局所的な温度に影響される。燃焼系で
は、圧力と温度は時間的にも場所的にも変化し、とりわ
け燃料の装填量、表面積、蒸発速度および場所的な燃料
状態に依存する。
【００１９】問題に関する第一近似では、燃料が受ける
最大温度範囲を処理することが行われる。このことは、
屈折率ｎの領分を定めることを可能にする。噴射ノズル
の先端での温度のような、燃焼室の温度または燃料が燃
焼系に入る温度は、最低の燃料温度と見なされる。液体
状態での燃料の最高温度は、高圧燃焼系に対して臨界温
度に等しく、あるいは低圧燃焼系に対して沸点に等し
い。
最大温度範囲を処理することが行われる。このことは、
屈折率ｎの領分を定めることを可能にする。噴射ノズル
の先端での温度のような、燃焼室の温度または燃料が燃
焼系に入る温度は、最低の燃料温度と見なされる。液体
状態での燃料の最高温度は、高圧燃焼系に対して臨界温
度に等しく、あるいは低圧燃焼系に対して沸点に等し
い。
【００２０】従って、屈折率の最も可能性のある範囲は
燃焼室温度の重たい燃料と臨界温度ＴK での軽い燃料の
間にある。ディーゼル油とエタノールは重たい燃料ない
しは軽い燃料に対して代表的に研究される。
燃焼室温度の重たい燃料と臨界温度ＴK での軽い燃料の
間にある。ディーゼル油とエタノールは重たい燃料ない
しは軽い燃料に対して代表的に研究される。
【００２１】燃焼室での屈折率に関するデータは、殆ど
利用できない。より高温のデータも未だ少ない。しか
し、温度に対する燃料の密度の変化に関するデータが利
用でき、これは屈折率を算出するエイクマン（Eykman)
の式に関連して使用できる。ディーゼル油とエタノール
の屈折率ｎの密度ｄと温度Ｔに関する変化は、表１に示
してある。
利用できない。より高温のデータも未だ少ない。しか
し、温度に対する燃料の密度の変化に関するデータが利
用でき、これは屈折率を算出するエイクマン（Eykman)
の式に関連して使用できる。ディーゼル油とエタノール
の屈折率ｎの密度ｄと温度Ｔに関する変化は、表１に示
してある。
【００２２】表 １ エイクマンの式： （ｎ2 −１）/(ｎ＋ 0.4) ＝一定値
・ｄ ディーゼル油の研究は困難であることが判る。何故な
ら、この油が異なった揮発性の結果として物理特性に大
きな差を有する種々の成分から構成されているからであ
る。従って、沸点ＴS が、例えば 425〜 695°K の範囲
にある。
・ｄ ディーゼル油の研究は困難であることが判る。何故な
ら、この油が異なった揮発性の結果として物理特性に大
きな差を有する種々の成分から構成されているからであ
る。従って、沸点ＴS が、例えば 425〜 695°K の範囲
にある。
【００２３】ただ一つの散乱過程、例えば反射あるいは
屈折が支配的である場合に、位相と粒径の間に直線関係
が一般に生じることが判る。説明した有利な散乱幾何学
形状を立証するため、散乱ビームの理論的な解析が行わ
れた。その場合、先ず屈折率1.22 と 1.45 の直径５ミ
クロンの粒子が想定された。
屈折が支配的である場合に、位相と粒径の間に直線関係
が一般に生じることが判る。説明した有利な散乱幾何学
形状を立証するため、散乱ビームの理論的な解析が行わ
れた。その場合、先ず屈折率1.22 と 1.45 の直径５ミ
クロンの粒子が想定された。
【００２４】数値計算は、ＰＤＡ用の測定空間を表す交
差し、可干渉性の二つの平面波の散乱ビームに対して簡
単なモデルを基礎にした。各平面波によって散乱された
光は、それぞれ幾何光学、即ち回折、反射あるいは屈
折、ないしはその値が測定値に相当するミーの理論によ
って、計算された。計算には、粒子が均質で、球状であ
ると仮定して、光を吸収する粒子に対する任意の複素屈
折率を用いた。両方の散乱波は可干渉性として加算し、
数値積分した。各所定の光学幾何学に対して、ＰＤＡ信
号の偏極、振幅および位相を求めることができた。
差し、可干渉性の二つの平面波の散乱ビームに対して簡
単なモデルを基礎にした。各平面波によって散乱された
光は、それぞれ幾何光学、即ち回折、反射あるいは屈
折、ないしはその値が測定値に相当するミーの理論によ
って、計算された。計算には、粒子が均質で、球状であ
ると仮定して、光を吸収する粒子に対する任意の複素屈
折率を用いた。両方の散乱波は可干渉性として加算し、
数値積分した。各所定の光学幾何学に対して、ＰＤＡ信
号の偏極、振幅および位相を求めることができた。
【００２５】
【実施例】この発明を、以下に図面に基づき実施例を用
いてより詳しく説明する。
いてより詳しく説明する。
【００２６】図１に模式的に示す装置は、偏光した可干
渉性の励起ビームを処理する余り精密に示していない装
置１（例えばレーザー光源）を有する。これ等の二つの
ビーム２と３は交差領域で測定空間４を定める。この測
定空間中に座標軸ｘ，ｙとｚを有する座標系の原点が設
定される。測定装置５には、異なった散乱角Φ1 および
Φ2 で同時測定する二つの検出系６，６′がある。これ
等の検出系は信号導線を経由して評価ユニット７に接続
している。例えば、波長 0.5145 μm の波長と出力 0.2
ワットのレーザー光源の励起ビームを準備する。二つの
ビーム２と３の間のビーム間隔は 50 mmであった。レン
ズ８の焦点距離は 450 mm であった。ビーム１と２によ
ってなす角度Θは 7.36 °であった。測定空間の直径は
60 μmであり、測定空間での干渉縞の間隔は 4.64 μm
であった。検出系６，６′の入射絞りは直径 40 (20)
mm を有し、距離はｒは 310 mm であった。測定の方位
角は 3.7〜 4.5°であった。
渉性の励起ビームを処理する余り精密に示していない装
置１（例えばレーザー光源）を有する。これ等の二つの
ビーム２と３は交差領域で測定空間４を定める。この測
定空間中に座標軸ｘ，ｙとｚを有する座標系の原点が設
定される。測定装置５には、異なった散乱角Φ1 および
Φ2 で同時測定する二つの検出系６，６′がある。これ
等の検出系は信号導線を経由して評価ユニット７に接続
している。例えば、波長 0.5145 μm の波長と出力 0.2
ワットのレーザー光源の励起ビームを準備する。二つの
ビーム２と３の間のビーム間隔は 50 mmであった。レン
ズ８の焦点距離は 450 mm であった。ビーム１と２によ
ってなす角度Θは 7.36 °であった。測定空間の直径は
60 μmであり、測定空間での干渉縞の間隔は 4.64 μm
であった。検出系６，６′の入射絞りは直径 40 (20)
mm を有し、距離はｒは 310 mm であった。測定の方位
角は 3.7〜 4.5°であった。
【００２７】図２には、燃料の霧の粒子９が示してあ
る。この場合、入射方向Ａに対して、反射部分ビーム
Ｒ，一次の屈折部分ビームＢ1 および二次の屈折部分ビ
ームＢ2が示してある。
る。この場合、入射方向Ａに対して、反射部分ビーム
Ｒ，一次の屈折部分ビームＢ1 および二次の屈折部分ビ
ームＢ2が示してある。
【００２８】図３〜１０に示す散乱角に対する散乱光の
強度と位相角の測定ないしは計算は、入射した直線偏光
レーザー光の二つの直交方向に対して行われている。つ
まり、ｙｚ平面（図１参照）に平行な偏光に対しては、
図３〜６に、またｙｚ平面に垂直な偏光に対して図７〜
１０に示してある。
強度と位相角の測定ないしは計算は、入射した直線偏光
レーザー光の二つの直交方向に対して行われている。つ
まり、ｙｚ平面（図１参照）に平行な偏光に対しては、
図３〜６に、またｙｚ平面に垂直な偏光に対して図７〜
１０に示してある。
【００２９】縦軸には、ビームの強度Ｉ（対数表示され
ている）か、位相角Ｐを度にして表してあり、横軸には
散乱角Ｓを度で記入してある。この場合、０°は前方散
乱を180°は後方散乱を表す。
ている）か、位相角Ｐを度にして表してあり、横軸には
散乱角Ｓを度で記入してある。この場合、０°は前方散
乱を180°は後方散乱を表す。
【００３０】ミー理論に相当する曲線は太くしてあり、
幾何光学の理論による曲線は反射ビーム成分に対して一
点鎖線で、また屈折ビーム成分に対して破線で示してあ
る。どのグラフでも、屈折した光成分は一次の屈折の最
大角と二次の屈折の最小角の間の隙間を表す。屈折率ｎ
＝ 1.22 とｎ＝ 1.45 の限界値を有するグラフをそれぞ
れ対向させて示してある。ｙｚ平面に平行に偏極した励
起ビームに対する反射ビームの強度は最小値を示す。こ
の最小値は、屈折率が 1.45 から 1.22 に減少すると、
70 °の散乱角から 80 °に変わる。その場合、一次の
散乱ビームに対する最大角は約 95 °から約 70 °に減
少する（図３と図５）。
幾何光学の理論による曲線は反射ビーム成分に対して一
点鎖線で、また屈折ビーム成分に対して破線で示してあ
る。どのグラフでも、屈折した光成分は一次の屈折の最
大角と二次の屈折の最小角の間の隙間を表す。屈折率ｎ
＝ 1.22 とｎ＝ 1.45 の限界値を有するグラフをそれぞ
れ対向させて示してある。ｙｚ平面に平行に偏極した励
起ビームに対する反射ビームの強度は最小値を示す。こ
の最小値は、屈折率が 1.45 から 1.22 に減少すると、
70 °の散乱角から 80 °に変わる。その場合、一次の
散乱ビームに対する最大角は約 95 °から約 70 °に減
少する（図３と図５）。
【００３１】入射する励起ビームがｙｚ平面に平行、つ
まり測定空間４の干渉縞に平行に偏光している場合（図
３〜図６）、１次の屈折ビームのみが信号強度と位相角
を表している。これ等の値は、 1.22 と 1.45 の二つの
屈折率に対するミー理論と比較できる。一致範囲あるい
は測定窓は、約 30 °と 70 °の間の大きい屈折率の間
にある。ｎ＝ 1.22 の範囲にある低い屈折率に対して、
図３で一致範囲が約 20 °と 45 °の間にあり、他方、
位相曲線（図４）は約 30 °〜 70 °の窓を有する。
まり測定空間４の干渉縞に平行に偏光している場合（図
３〜図６）、１次の屈折ビームのみが信号強度と位相角
を表している。これ等の値は、 1.22 と 1.45 の二つの
屈折率に対するミー理論と比較できる。一致範囲あるい
は測定窓は、約 30 °と 70 °の間の大きい屈折率の間
にある。ｎ＝ 1.22 の範囲にある低い屈折率に対して、
図３で一致範囲が約 20 °と 45 °の間にあり、他方、
位相曲線（図４）は約 30 °〜 70 °の窓を有する。
【００３２】入射ビームがｙｚ面に垂直に偏光している
場合（図７〜図１０）、反射光（一点鎖線）のみ信号強
度と位相角を示す。これ等の値はミー理論に一致する。
測定窓に対する最小共通散乱角Ｓは両方の屈折率に対し
て約 95 °であった。しかし、二次の屈折が生じること
によって決まる上部散乱角は、屈折率が 1.45 から 1.2
2 に低下すると、約 135°から 105°に急激に低下す
る。従って、測定窓のみが 95 °と 105°の間にある。
場合（図７〜図１０）、反射光（一点鎖線）のみ信号強
度と位相角を示す。これ等の値はミー理論に一致する。
測定窓に対する最小共通散乱角Ｓは両方の屈折率に対し
て約 95 °であった。しかし、二次の屈折が生じること
によって決まる上部散乱角は、屈折率が 1.45 から 1.2
2 に低下すると、約 135°から 105°に急激に低下す
る。従って、測定窓のみが 95 °と 105°の間にある。
【００３３】それぞれの散乱角に対してのみ、粒径と位
相の間に直線関係が予測され、その場合、ミー理論の値
が屈折した散乱光成分または反射した散乱光成分の値に
一致するので、以下の幾何学関係が生じる。 ａ）励起ビームは測定空間にある干渉縞に対して垂直に
偏光され、95°と 105°の間の散乱角での反射ビームが
検出される。 ｂ）励起ビームは測定空間にある干渉縞に対して平行に
偏光され、30°と 70 °の間の散乱角で一次の屈折ビー
ムが検出される。
相の間に直線関係が予測され、その場合、ミー理論の値
が屈折した散乱光成分または反射した散乱光成分の値に
一致するので、以下の幾何学関係が生じる。 ａ）励起ビームは測定空間にある干渉縞に対して垂直に
偏光され、95°と 105°の間の散乱角での反射ビームが
検出される。 ｂ）励起ビームは測定空間にある干渉縞に対して平行に
偏光され、30°と 70 °の間の散乱角で一次の屈折ビー
ムが検出される。
【００３４】しかしながら、他の研究は、測定幾何学
ａ）で位相のずれが屈折率ｎに無関係であるが、 30 μ
m より小さい直径の粒子に対する粒径と位相との間に非
線型関係が生じることを示している。この測定幾何学は
制限された状態でのみ使用できる。
ａ）で位相のずれが屈折率ｎに無関係であるが、 30 μ
m より小さい直径の粒子に対する粒径と位相との間に非
線型関係が生じることを示している。この測定幾何学は
制限された状態でのみ使用できる。
【００３５】測定幾何学ｂ）では、 1.22 と 1.45 の間
の屈折率に対する粒径と位相の間の関係式を研究する
と、70°の範囲の散乱角Φ1 に対してのみ、屈折率ｎに
無関係
の屈折率に対する粒径と位相の間の関係式を研究する
と、70°の範囲の散乱角Φ1 に対してのみ、屈折率ｎに
無関係
【００３６】
【外８】
【００３７】（Ｄ，ｎ）が屈折率ｎの強い依存性を有す
ることを示している。これを簡単に説明すると、粒子内
の光通路の長さで、30°の散乱角での長さが 70 °の散
乱角での長さより長いことが見られる。
ることを示している。これを簡単に説明すると、粒子内
の光通路の長さで、30°の散乱角での長さが 70 °の散
乱角での長さより長いことが見られる。
【００３８】この発明による装置には、それ故、二つの
ＰＤＡ検出系を設ける必要がある。即ち、それぞれ前方
散乱方向に関して 70 °の範囲の系と 30 °の範囲の系
である。
ＰＤＡ検出系を設ける必要がある。即ち、それぞれ前方
散乱方向に関して 70 °の範囲の系と 30 °の範囲の系
である。
【００３９】70°幾何学に対して、図１１〜図１３のブ
ラフに測定値と理論値が対向表示されている。
ラフに測定値と理論値が対向表示されている。
【００４０】図１１では、５，10, 20, 30, 40, 50と 6
0 μm の直径に設定した粒径のクラスに対して、種々の
屈折率（ｎ＝ 1,22 〜 1,45)での位相角Ｐの変化が示し
てある。
0 μm の直径に設定した粒径のクラスに対して、種々の
屈折率（ｎ＝ 1,22 〜 1,45)での位相角Ｐの変化が示し
てある。
【００４１】図１１から理解できることは、屈折率ｎが
1.27 より大きくなると、位相角と屈折率の間の関係式
が実質上全ての粒径のクラスに対して直線状で、屈折率
ｎの変化に対して鈍感に変化する（実線は幾何光学の理
論値に対応する）。
1.27 より大きくなると、位相角と屈折率の間の関係式
が実質上全ての粒径のクラスに対して直線状で、屈折率
ｎの変化に対して鈍感に変化する（実線は幾何光学の理
論値に対応する）。
【００４２】選択された 70 °の幾何学に対して、例え
ば粒子の直径マイクロメータ当たり5.01 °のただ一つ
の校正係数を選ぶことがけいる。
ば粒子の直径マイクロメータ当たり5.01 °のただ一つ
の校正係数を選ぶことがけいる。
【００４３】図１２と図１３のグラフには、それぞれ 7
0 °の散乱幾何学に対して横軸に粒子の直径Ｄがμm
で、また縦軸に位相角Ｐが度で示してある。一次の屈折
ビームのグラフが屈折率 1.22 〜 1.45 でほぼ一致する
（図１２）。同じことは、測定値に対応するミー理論に
よる値に対して当てはまる。
0 °の散乱幾何学に対して横軸に粒子の直径Ｄがμm
で、また縦軸に位相角Ｐが度で示してある。一次の屈折
ビームのグラフが屈折率 1.22 〜 1.45 でほぼ一致する
（図１２）。同じことは、測定値に対応するミー理論に
よる値に対して当てはまる。
【００４４】図１４と図１５のグラフでは、それぞれ 3
0 °の散乱幾何学に対して位相角の粒径依存性が示して
ある。この場合、一次の屈折ビームに対しても、ミー理
論の値に対しても屈折率ｎの依存性が読み取れる。従っ
て、ｎ＝ 1.27 と 1.45 の範囲で屈折率を１％の精度で
測定でき、この値から粒子の温度が導ける。
0 °の散乱幾何学に対して位相角の粒径依存性が示して
ある。この場合、一次の屈折ビームに対しても、ミー理
論の値に対しても屈折率ｎの依存性が読み取れる。従っ
て、ｎ＝ 1.27 と 1.45 の範囲で屈折率を１％の精度で
測定でき、この値から粒子の温度が導ける。
【００４５】
【発明の効果】この発明による位相ドップラー風速測定
法の散乱解析では、特定な散乱角の時、屈折率の変化に
対して粒径を実用上鈍感に測定できる。他の散乱角の時
の位相測定は粒径分布を歪める。異なる二つの散乱角に
対して同時に行った位相測定を比較して、そのうちの一
方の位相測定が屈折率に依存しない場合、高温で未知の
粒子の屈折率を数値化し、その値から測定困難な場所、
例えば内燃機関での噴霧状の液滴の密度と温度を算出す
ることができる。
法の散乱解析では、特定な散乱角の時、屈折率の変化に
対して粒径を実用上鈍感に測定できる。他の散乱角の時
の位相測定は粒径分布を歪める。異なる二つの散乱角に
対して同時に行った位相測定を比較して、そのうちの一
方の位相測定が屈折率に依存しない場合、高温で未知の
粒子の屈折率を数値化し、その値から測定困難な場所、
例えば内燃機関での噴霧状の液滴の密度と温度を算出す
ることができる。
【図１】この発明による装置の模式図面である。
【図２】粒子での異なった散乱ビーム成分の発生を示す
模式光線図である。
模式光線図である。
【図３】入射励起ビームが干渉縞に平行な場合、散乱角
に対して測定された散乱ビーム強度を示すグラフ（ｎ＝
1.22)である。
に対して測定された散乱ビーム強度を示すグラフ（ｎ＝
1.22)である。
【図４】入射励起ビームが干渉縞に平行な場合、散乱角
に対して測定された散乱ビームの位相のずれを示すグラ
フ（ｎ＝ 1.22)である。
に対して測定された散乱ビームの位相のずれを示すグラ
フ（ｎ＝ 1.22)である。
【図５】入射励起ビームが干渉縞に平行な場合、散乱角
に対して測定された散乱ビーム強度を示すグラフ（ｎ＝
1.45)である。
に対して測定された散乱ビーム強度を示すグラフ（ｎ＝
1.45)である。
【図６】入射励起ビームが干渉縞に平行な場合、散乱角
に対して測定された散乱ビームの位相のずれを示すグラ
フ（ｎ＝ 1.45)である。
に対して測定された散乱ビームの位相のずれを示すグラ
フ（ｎ＝ 1.45)である。
【図７】入射励起ビームが干渉縞に垂直な場合、散乱角
に対して測定された散乱ビーム強度を示すグラフ（ｎ＝
1.22)である。
に対して測定された散乱ビーム強度を示すグラフ（ｎ＝
1.22)である。
【図８】入射励起ビームが干渉縞に垂直な場合、散乱角
に対して測定された散乱ビームの位相のずれを示すグラ
フ（ｎ＝ 1.22)である。
に対して測定された散乱ビームの位相のずれを示すグラ
フ（ｎ＝ 1.22)である。
【図９】入射励起ビームが干渉縞に垂直な場合、散乱角
に対して測定された散乱ビーム強度を示すグラフ（ｎ＝
1.45)である。
に対して測定された散乱ビーム強度を示すグラフ（ｎ＝
1.45)である。
【図１０】入射励起ビームが干渉縞に垂直な場合、散乱
角に対して測定された散乱ビームの位相のずれを示すグ
ラフ（ｎ＝ 1.45)である。
角に対して測定された散乱ビームの位相のずれを示すグ
ラフ（ｎ＝ 1.45)である。
【図１１】種々の粒径に対して測定された位相のずれＰ
と屈折率ｎの関係を示すグラフである。
と屈折率ｎの関係を示すグラフである。
【図１２】70 °の散乱幾何学関係で種々の屈折率に対
して測定された位相のずれＰと粒径Ｄの関係を示すグラ
フである。
して測定された位相のずれＰと粒径Ｄの関係を示すグラ
フである。
【図１３】70 °の散乱幾何学関係で種々の屈折率に対
して測定された位相のずれＰと粒径Ｄの関係を示すグラ
フである。
して測定された位相のずれＰと粒径Ｄの関係を示すグラ
フである。
【図１４】30 °の散乱幾何学関係で種々の屈折率に対
して測定された位相のずれＰと粒径Ｄの関係を示すグラ
フである。
して測定された位相のずれＰと粒径Ｄの関係を示すグラ
フである。
【図１５】30 °の散乱幾何学関係で種々の屈折率に対
して測定された位相のずれＰと粒径Ｄの関係を示すグラ
フである。
して測定された位相のずれＰと粒径Ｄの関係を示すグラ
フである。
１ 励起ビーム発生装置 ２，３ ビーム ４ 測定空間 ５ 測定装置 ６，６′ 検出系 ７ 評価ユニット ８ レンズ ９ 液滴
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成３年９月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グラハム・フランク・ピチエル オーストリア国、グラーツ、シユレーテル ガッセ、１
Claims (3)
- 【請求項１】 位相ドップラー風速測定法（ＰＤＡ）に
よって噴霧状の液体、特に燃料の霧の粒子の物理量を測
定する方法において、一次ビームに対する散乱ビームの
位相のずれが実質上粒径Ｄにのみ依存する第一散乱角Φ
1 での粒子の 【外１】 同時に、一次ビームに対する散乱ビームの位相のずれが
粒径Ｄと屈折率ｎに依存 【外２】 折率ｎを求め、前記粒径Ｄと屈折率ｎから粒子の密度と
温度ｔを導くことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 第一散乱角Φ1 での位相のずれ、 【外３】 【外４】 にある干渉縞（ＰＤＡフリンジパターン）に対して平行
に偏光されていることを特徴とする請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】 一定の測定空間（４）用の偏光された可
干渉性励起ビームを与える発生装置（１）と、測定空間
（４）で生じた散乱ビームを検出する測定装置（５）と
を備え、位相ドップラー風速測定法（ＰＤＡ）によって
噴霧状の液体、特に燃料の霧の粒子の物理量を測定する
装置において、前記測定装置（５）が異なった散乱角Φ
1 とΦ2 で測定を行う少なくとも二つの検出系（６，
６′）を有し、一方の検出系（６）が前方散乱での 70
°の範囲の散乱ビームに向けて、また他方の検出系
（６′）が前方散乱での 30 °の範囲の散乱ビームに向
けて指向されていて、前記検出系（６，６′）が両方の
散乱角Φ1 とΦ2 で各位相のずれに比例する信号を発生
させ、これ等の信号を評価ユニット（７）に導入するこ
とを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT1490/90 | 1990-07-12 | ||
| AT149090 | 1990-07-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0674890A true JPH0674890A (ja) | 1994-03-18 |
| JPH0692928B2 JPH0692928B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=3515023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3168415A Expired - Lifetime JPH0692928B2 (ja) | 1990-07-12 | 1991-07-09 | 噴霧状の液体粒子の物理量を測定する方法とこの方法 を実行する装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0466679A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0692928B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113039425A (zh) * | 2019-02-26 | 2021-06-25 | 松下知识产权经营株式会社 | 散射体测定方法及散射体测定装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2694092B1 (fr) * | 1992-07-24 | 1994-10-28 | Orleans Universite | Procédé et dispositif de mesure de la vitesse d'évaporation et du délai d'inflammation d'un carburant liquide. |
| US6536948B1 (en) * | 2000-08-24 | 2003-03-25 | University Corporation For Atmospheric Research | Determining temperature of a physical medium using remote measurement |
| GB2422193B (en) * | 2004-12-24 | 2008-07-16 | Campbell Scient Ltd | A weather measurement device for determining the speed in a first direction of hydrometeors |
-
1991
- 1991-07-02 EP EP91890138A patent/EP0466679A1/de not_active Withdrawn
- 1991-07-09 JP JP3168415A patent/JPH0692928B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113039425A (zh) * | 2019-02-26 | 2021-06-25 | 松下知识产权经营株式会社 | 散射体测定方法及散射体测定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0692928B2 (ja) | 1994-11-16 |
| EP0466679A1 (de) | 1992-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rask | Laser Doppler anemometer measurements in an internal combustion engine | |
| Panda et al. | Underexpanded screeching jets from circular, rectangular and elliptic nozzles | |
| CN111060899B (zh) | 星地一体化激光雷达回波波形仿真方法及系统 | |
| Pitcher et al. | Sensitivity of dropsize measurements by phase Doppler anemometry to refractive index changes in combusting fuel sprays | |
| Ding et al. | Evaluation and compensation of laser-based on-machine measurement for inclined and curved profiles | |
| Bachalo et al. | An instrument for spray droplet size and velocity measurements | |
| JPH0674890A (ja) | 噴霧状の液体粒子の物理量を測定する方法とこの方法 を実行する装置 | |
| Kuo | Recent advances in spray combustion: Spray atomization and drop burning phenomena | |
| Hirleman | On-line calibration technique for laser diffraction droplet sizing instruments | |
| Anders et al. | Simultaneous in situ measurements of size and velocity of burning droplets | |
| Ewan et al. | Measurement of transient spray size distributions | |
| Gouesbet et al. | Supermicronic and submicronic optical sizing including a discussion of densely laden flows | |
| Wilms et al. | Global rainbow refractometry with a selective imaging method | |
| Chigier | Comparative measurements using different particle size instruments | |
| Garcia et al. | Optimization of SLIPI–polarization ratio imaging for droplets sizing in dense sprays | |
| Garcia et al. | Optimization of SLIPI-polarization ratio imaging for droplet sizing characterization of dense sprays | |
| Bultynck et al. | A miniature monoblock backward phase-Doppler unit | |
| Leask et al. | Application of Phase Doppler Interferometry and Ultra Small Angle X-ray Scattering to the Near Field Spray from a Reference Simplex Atomizer | |
| Alekseev et al. | Atomization of superheated water: Practice of investigation of complicated disperse systems | |
| Paone et al. | Modelling and experimental analysis of the performance of a laser Doppler vibrometer used to measure vibrations through combustive flows | |
| Li et al. | Research on Laser Focusing Enhancement Technology in Fault Diagnosis of Power Equipment. | |
| Bakic et al. | Feasibility of extending rainbow refractometry to small particles using femtosecond laser pulses | |
| Wang et al. | Study on Non-contact Measurement Technology for Swirling Slot of Aero Engine Fuel Nozzle | |
| Varaksin et al. | Superheated liquid flashing as a way of fine atomization. | |
| Lim et al. | Conversion of scattering phase function to SMD in scattering/extinction tomography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19950627 |