JPH08110270A - Fluid-temperature measuring apparatus utilizing fluorescence - Google Patents

Fluid-temperature measuring apparatus utilizing fluorescence

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JPH08110270A
JPH08110270A JP24786094A JP24786094A JPH08110270A JP H08110270 A JPH08110270 A JP H08110270A JP 24786094 A JP24786094 A JP 24786094A JP 24786094 A JP24786094 A JP 24786094A JP H08110270 A JPH08110270 A JP H08110270A
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JP
Japan
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fluorescence
fluid
laser
standard cell
light
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Application number
JP24786094A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuji Iwamoto
勝治 岩本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

PURPOSE: To make it possible to measure the temperature of fluid without contact by casting laser light on a measuring region, through which fluid to be measures flows, and a standard cell, whose amount of state is known, and obtaining the ratio of the induced amounts of flurescence. CONSTITUTION: The laser light of a laser device 11 is split 12. One laser light is cast on fluid to be measured flowing through a measuring region, and the other laser light is reflected 14 and cast on the fluid, whose pressure and temperature are known, in a standard cell 15. The fluorescence generated by the laser induction is converged 17, respectively. A chopper 18 selectively switches both flurescences alternately and sends the fluorescence to a beam splitter 19. The splitter 19 performs adjustment so that both fluorescence optical paths go through the common optical path. A sharp- cut filter 20 cuts the scattered laser light and passes only the fluorescence. The electric signal, which is obtained by photoelectric conversion 21, is inputted into a signal processor 22. The effect of the noises is eleminated based on the ratio of the florescence-amount voltage of the region 13 to the fluorescence-amount voltage of the cell 15, and the temperature of the fluid of the measuring region 13 is computed. Thus, the accurate temperature measurement can be performed without contact.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、流体の温度を非接触で
測定することのできる蛍光を利用した流体温度測定装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid temperature measuring device utilizing fluorescence capable of non-contact measurement of fluid temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】流体の温度の測定手段としては、一般に
熱電対が用いられる。この熱電対を用いて流体の温度測
定を行なう場合、流体中に熱電対を挿入して行なわれる
が、流体中に熱電対を挿入すると流れに乱れが生じ、流
体の正確な温度の測定ができない。
A thermocouple is generally used as a means for measuring the temperature of a fluid. When the temperature of a fluid is measured using this thermocouple, the thermocouple is inserted into the fluid, but when the thermocouple is inserted into the fluid, the flow is disturbed and the temperature of the fluid cannot be accurately measured. .

【0003】そこでこの問題点を補うものとして、図5
に示すCARS(Coherent Anti-Stokes Raman Spectos
copy)を使用して流体の温度を非接触により測定する方
法が知られている。この測定方法は、Nd:YAGレー
ザ1からのレーザ光を色素レーザ2に入れ、流体中のシ
ード物質に励起レーザ光(振動数ω1 )と、シード物質
のストークス光(照射光より長い波長の散乱光)と同じ
波長のレーザ光(振動数ω2 )とを射出する。これらの
レーザ光をダイクロイックフィルタ3で振動数(周波
数)ω1 とω2 のスポット状レーザ光に一体化し、測定
しようとする測定領域Aの流体中に投光する。これによ
りシード物質の反ストークス光(振動数ω3 :照射光よ
り短かい波長の散乱光)が共鳴的に発生する。この反ス
トークス光ω3 の光のスペクトル分析をモノクロメータ
4,および信号処理器5により分析し、処理することに
より流体温度を算出できることが知られている。
To compensate for this problem, FIG.
CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Spectos shown in
It is known to measure the temperature of the fluid in a non-contact manner using copy). In this measurement method, the laser light from the Nd: YAG laser 1 is put into the dye laser 2 and the seed material in the fluid is excited by the laser light (frequency ω 1) and the Stokes light of the seed material (scattering of a wavelength longer than the irradiation light is scattered. Light) and laser light (frequency ω 2) having the same wavelength. These laser lights are integrated by the dichroic filter 3 into spot-like laser lights having frequencies (frequency) ω1 and ω2, and projected onto the fluid in the measurement area A to be measured. As a result, anti-Stokes light (frequency ω3: scattered light having a shorter wavelength than the irradiation light) of the seed material is resonantly generated. It is known that the fluid temperature can be calculated by analyzing and processing the spectrum analysis of the light of the anti-Stokes light ω3 by the monochromator 4 and the signal processor 5.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかるにCARSよる
ものでは、スポット状レーザ光を使用しており、散乱断
面積(Cross Section )が小さいため散乱光量が少な
く、SN比が悪くて取扱いが難しく、流体温度の測定精
度を向上させることが困難であるという問題があった。
However, in the case of CARS, since the spot-like laser light is used and the scattering cross-section is small, the amount of scattered light is small, and the SN ratio is poor, which makes it difficult to handle. There is a problem that it is difficult to improve the temperature measurement accuracy.

【0005】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、レーザ光を測定領域の被測定流体に照射し、
レーザ光で誘起された蛍光を利用して、被測定流体の温
度を非接触で正確に測定し、SN比がよく、取扱いが簡
単な蛍光を利用した流体温度測定装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and irradiates a fluid to be measured in a measurement region with laser light,
An object of the present invention is to provide a fluid temperature measuring device using fluorescence, which can accurately measure the temperature of a fluid to be measured in a non-contact manner by utilizing the fluorescence induced by laser light, has a good SN ratio, and is easy to handle. To do.

【0006】本発明の他の目的は、散乱断面積が大きな
レーザ誘起蛍光を用いて散乱蛍光量を大きくとることが
でき、被測定流体の温度をSN比を良好にして精度よく
測定できる蛍光を利用した流体温度測定装置を提供する
にある。
Another object of the present invention is to provide a fluorescent light which can obtain a large amount of scattered fluorescent light by using laser-induced fluorescent light having a large scattering cross section and which can measure the temperature of a fluid to be measured with a good SN ratio and with high accuracy. In order to provide a fluid temperature measuring device using the same.

【0007】また、本発明の別の目的は、レーザ誘起蛍
光を利用して流れのある被測定流体の温度を非接触で精
度よく測定できる蛍光を利用した流体温度測定装置を提
供するにある。
Another object of the present invention is to provide a fluorescence-based fluid temperature measuring device capable of accurately measuring the temperature of a fluid to be measured with non-contact by utilizing laser-induced fluorescence.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る蛍光を利用
した流体温度測定装置は、上述した課題を解決するため
に、請求項1に記載したように、レーザ光を出力するレ
ーザ装置と,このレーザ装置からのレーザ光を2つのレ
ーザ光に分割するビーム分割手段と,分割されたレーザ
光がそれぞれ照射される被測定流体中の測定領域および
シード物質を入れた状態量が既知の標準セルと,測定領
域および標準セルでそれぞれ発生した蛍光を選択的に切
換可能に通過させる光切換手段と,2つの蛍光の光路を
一致させる光路合成手段と,この光路合成手段からの蛍
光を受光して電気信号に変換する光電変換素子と,前記
測定領域からの蛍光量と標準セルからの蛍光量の比より
被測定流体の温度を算出する信号処理器とを備えたもの
である。
In order to solve the above-mentioned problems, a fluid temperature measuring device using fluorescence according to the present invention, as set forth in claim 1, is a laser device for outputting a laser beam, Beam splitting means for splitting a laser beam from this laser device into two laser beams, and a standard cell in which a measurement region in a fluid to be measured to which each of the split laser beams is irradiated and a state quantity containing a seed substance are known. An optical switching means for selectively and selectively passing the fluorescence generated in the measurement area and the standard cell, an optical path combining means for matching the optical paths of the two fluorescences, and a fluorescent light from the optical path combining means for receiving the fluorescence. A photoelectric conversion element for converting into an electric signal, and a signal processor for calculating the temperature of the fluid to be measured from the ratio of the fluorescence amount from the measurement region and the fluorescence amount from the standard cell are provided.

【0009】また、本発明に係る蛍光を利用した流体温
度測定装置は、上述した課題を解決するために、請求項
2に記載したように、レーザ光を出力するレーザ装置
と,このレーザ装置からのレーザ光を分割するビーム分
割手段と,分割されたレーザ光を拡大させて二次元レー
ザ光を形成するレンズ光学系と,二次元レーザ光が照射
される被測定流体中の二次元測定領域およびシード物質
を入れた状態量が既知の標準セルと,上記測定領域およ
び標準セルでそれぞれ発生した二次元蛍光を選択的に切
換可能に通す光切換手段と,2つの蛍光の光路を一致さ
せる光路合成手段と,この光路合成手段からの蛍光を受
光して電気信号に変換する二次元光電変換素子と,測定
領域からの蛍光量と標準セルからの蛍光量の比より被測
定流体の平面温度分布を算出する信号処理器とを備えた
ことを特徴とする蛍光を利用した流体温度測定装置。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, a fluid temperature measuring device using fluorescence according to the present invention, as described in claim 2, a laser device for outputting a laser beam, and the laser device. Beam splitting means for splitting the laser light, a lens optical system for expanding the split laser light to form a two-dimensional laser light, a two-dimensional measurement region in the fluid to be measured irradiated with the two-dimensional laser light, and A standard cell with a known state quantity containing a seed substance, an optical switching means for selectively switching two-dimensional fluorescence generated in the measurement region and the standard cell, and optical path synthesis for matching the optical paths of two fluorescences. Means, a two-dimensional photoelectric conversion element for receiving the fluorescence from the optical path synthesizing means and converting it into an electric signal, and a plane temperature component of the fluid to be measured from the ratio of the fluorescence amount from the measurement region and the fluorescence amount from the standard cell. Fluid temperature measuring apparatus using the fluorescence, characterized by comprising a signal processor for calculating a.

【0010】さらに、本発明に係る蛍光を利用した流体
温度測定装置は、上述した課題を解決するために、請求
項3に記載したように、レーザ光を出力するレーザ装置
と,このレーザ装置からのレーザ光を分割するビーム分
割手段と,分割されたレーザ光を走査させる光ファイバ
とを備えた走査光学系と,上記走査光学系を走査される
レーザ光がそれぞれ照射される被測定流体中の測定領域
およびシード物質を入れた状態量既知の標準セルと,上
記測定領域および標準セルでそれぞれ発生した蛍光を選
択的に切換可能に通過させる光切換手段と,2つの蛍光
の光路を一致させる光路合成手段と,この光路合成手段
からの蛍光を受光して電気信号に変換する光電変換素子
と,前記測定領域からの蛍光量と標準セルからの蛍光量
の比より被測定流体の温度を算出する信号処理器とを備
えたものであり、また、請求項4に記載したように、走
査光学系はビーム分割手段で分割されたレーザ光を集光
させる集光用対物レンズと,この対物レンズからのレー
ザ光を案内する光ファイバと,この光ファイバの出口端
部に接続され、レーザ光をコリメートするレンズアッセ
ンブリとを有するものである。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, a fluid temperature measuring device using fluorescence according to the present invention, as described in claim 3, is a laser device for outputting a laser beam, and the laser device. A beam splitting means for splitting the laser light, a scanning optical system having an optical fiber for scanning the split laser light, and a laser beam scanned by the scanning optical system in the fluid to be measured. A standard cell with a known state quantity containing a measurement region and a seed substance, an optical switching means for selectively and selectively passing the fluorescence generated in the measurement region and the standard cell, and an optical path for matching the optical paths of the two fluorescences. The synthesizing means, the photoelectric conversion element for receiving the fluorescence from the optical path synthesizing means and converting it into an electric signal, and the flow to be measured based on the ratio of the fluorescence quantity from the measurement region and the fluorescence quantity from the standard cell And a signal processing unit for calculating the temperature of the beam. Further, as described in claim 4, the scanning optical system includes a focusing objective lens for focusing the laser light split by the beam splitting means. An optical fiber for guiding the laser light from the objective lens, and a lens assembly connected to the exit end of the optical fiber for collimating the laser light.

【0011】本発明に係る蛍光を利用した流体温度測定
装置は、またさらに、上述した課題を解決するために、
請求項5に記載したように、レーザ光を出力するレーザ
装置と,このレーザ装置からのレーザ光を分割するビー
ム分割手段と,分割されたレーザ光を案内し、拡大して
二次元レーザ光を形成する走査光学系と,二次元レーザ
光が照射される被測定流体中の二次元測定領域およびシ
ード物質を入れた状態量が既知の標準セルと,上記測定
領域および標準セルでそれぞれ発生した二次元蛍光を選
択的に切換可能に通す光切換手段と,2つの蛍光の光路
を一致させる光路合成手段と,この光路合成手段からの
蛍光を受光して電気信号に変換する二次元光電変換素子
と,測定領域からの蛍光量と標準セルからの蛍光量の比
より被測定流体の平面温度分布を算出する信号処理器と
を備えたものであり、また、請求項6に記載したよう
に、走査光学系は、ビーム分割手段で分割されたレーザ
光を集光させる集光用対物レンズと,この対物レンズか
らのレーザ光を案内する光ファイバと,この光ファイバ
の出口端部に接続され、レーザ光を拡大して二次元レー
ザ光を形成するレンズ光学系とを有するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a fluid temperature measuring device utilizing fluorescence according to the present invention is further provided.
As described in claim 5, a laser device that outputs laser light, a beam splitting unit that splits the laser light from the laser device, and the split laser light are guided and expanded to generate a two-dimensional laser light. The scanning optical system to be formed, the two-dimensional measurement region in the fluid to be measured irradiated with the two-dimensional laser light and the standard cell in which the state quantity containing the seed substance is known, and the two cells generated in the measurement region and the standard cell, respectively. A light switching means for selectively passing two-dimensional fluorescence, an optical path combining means for matching the optical paths of two fluorescences, and a two-dimensional photoelectric conversion element for receiving the fluorescence from the optical path combining means and converting it into an electric signal. , A signal processor for calculating a plane temperature distribution of the fluid to be measured from the ratio of the fluorescence amount from the measurement region and the fluorescence amount from the standard cell, and scanning as described in claim 6. The optical system is An objective lens for condensing the laser light split by the beam splitting means, an optical fiber for guiding the laser light from this objective lens, and an exit end of this optical fiber are connected to expand the laser light. And a lens optical system for forming a two-dimensional laser beam.

【0012】一方、上述した課題を解決するために、本
発明に係る蛍光を利用した流体温度測定装置は、請求項
7に記載したように、光切換手段と光電変換素子との間
にレーザ光をカットし、蛍光のみを通すシャープカット
フィルタを設けたものであり、また、請求項8に記載し
たように、標準セルを流れのない状態の被測定流体中の
測定領域からの蛍光量算出で代用させたものである。
On the other hand, in order to solve the above-mentioned problems, a fluid temperature measuring device using fluorescence according to the present invention is, as described in claim 7, a laser beam between a light switching means and a photoelectric conversion element. And a sharp cut filter that passes only fluorescence is provided. Further, as described in claim 8, the fluorescence amount can be calculated from the measurement region in the fluid to be measured in the state where the standard cell does not flow. It is a substitute.

【0013】[0013]

【作用】請求項1に記載の蛍光を利用した流体温度測定
装置においては、被測定流体を流す測定領域と状態量が
既知の標準セルにビーム分割手段で分割されたスポット
状のレーザ光をそれぞれ照射し、このレーザ誘起により
生じる蛍光量の比をとって被測定流体の温度を非接触で
測定するようにしたので、流体の流れを乱すことなく、
正確な温度測定を行なうことができる。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to claim 1, the spot-shaped laser light divided by the beam splitting means is divided into a measurement area through which the fluid to be measured flows and a standard cell whose state quantity is known. Irradiation, the temperature of the fluid to be measured was measured in a non-contact manner by taking the ratio of the amount of fluorescence generated by this laser induction, so without disturbing the fluid flow,
Accurate temperature measurement can be performed.

【0014】また、測定領域からの被測定流体の蛍光量
を状態量が既知の標準セルの蛍光量で割ることにより、
光電変換素子等の検出手段のノイズの影響を排除でき、
被測定流体の温度を標準セル温度からの差として算出す
ることができる。そして、レーザ誘起蛍光(Laser-Indu
ced Fluorescence)による散乱断面積はCARSの千倍
程度あるので散乱光量は大きくなり、その分SN比がよ
くなって取扱いが簡単になるともに、被測定流体の温度
を正確に測定できる。
Further, by dividing the fluorescence amount of the fluid to be measured from the measurement region by the fluorescence amount of the standard cell whose state quantity is known,
It is possible to eliminate the influence of noise from detection means such as photoelectric conversion elements,
The temperature of the fluid to be measured can be calculated as a difference from the standard cell temperature. And laser-induced fluorescence (Laser-Indu
Since the scattering cross section by ced Fluorescence is about 1000 times that of CARS, the amount of scattered light is large, and the SN ratio is correspondingly improved, and handling is simple, and the temperature of the fluid to be measured can be accurately measured.

【0015】さらに、レーザ光照射によるレーザ誘起に
よる蛍光を測定して被測定流体の温度を測定しているの
で、流れのある流体であっても、その温度を正確に瞬時
に測定することができる。
Further, since the temperature of the fluid to be measured is measured by measuring the fluorescence induced by the laser light, the temperature of the fluid to be measured can be accurately and instantaneously measured. .

【0016】請求項2に記載の蛍光を利用した流体温度
測定装置においては、測定領域を流れる被測定流体や標
準セル内の流体に二次元レーザ光をそれぞれ照射し、拡
がりをもった二次元(面)測定により、被測定流体の平
面温度分布を算出することができるので、被測定流体の
温度測定を、請求項1に記載のものに比べより一層正確
に精度よく測定することできるメリットがある。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to a second aspect, the fluid to be measured flowing in the measurement region and the fluid in the standard cell are each irradiated with a two-dimensional laser beam, and a two-dimensional laser light having a spread ( Since the plane temperature distribution of the fluid to be measured can be calculated by the (surface) measurement, there is an advantage that the temperature measurement of the fluid to be measured can be measured more accurately and more accurately than that of the first aspect. .

【0017】請求項3または4記載の蛍光を利用した流
体温度測定装置においては、光ファイバを備えた走査光
学系を用いたので、この走査光学系でレーザ光の光路を
自由に設定でき、光路選択の自由度が向上し、流体温度
計測装置の全体調整や組立が容易になる。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to the third or fourth aspect, since the scanning optical system having the optical fiber is used, the optical path of the laser beam can be freely set by this scanning optical system, and the optical path can be set. The degree of freedom in selection is improved, and the overall adjustment and assembly of the fluid temperature measuring device is facilitated.

【0018】請求項5または6に記載の蛍光を利用した
流体温度測定装置においては、走査光学系に光ファイバ
を備えてレーザ光の光路選択の自由度を向上させ、流体
温度計測装置の全体調整や組立が容易であるとともに、
測定領域の被測定流体や標準セル内の流体に二次元
(面)レーザ光を照射し、拡がりをもった二次元(面)
測定により、被測定流体の平面温度分布を測定すること
ができるので、被測定流体の温度を正確に精度よく測定
することができる。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to claim 5 or 6, an optical fiber is provided in the scanning optical system to improve the degree of freedom in selecting the optical path of the laser light, and the fluid temperature measuring device is entirely adjusted. And easy to assemble,
Two-dimensional (plane) with a spread by irradiating the measured fluid in the measurement area or the fluid in the standard cell with two-dimensional (plane) laser light
Since the plane temperature distribution of the fluid to be measured can be measured by the measurement, the temperature of the fluid to be measured can be measured accurately and accurately.

【0019】請求項7に記載の蛍光を利用した流体温度
測定装置においては、シャープカットフィルタを備えて
蛍光以外の散乱レーザ光をカットし、蛍光のみが光電変
換素子に入力させるようにしたので、蛍光以外の外乱の
影響を確実に排除し、蛍光量を正確に測定できる。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to the seventh aspect, a sharp cut filter is provided to cut scattered laser light other than fluorescence so that only the fluorescence is input to the photoelectric conversion element. The influence of disturbances other than fluorescence can be reliably excluded, and the amount of fluorescence can be measured accurately.

【0020】請求項8に記載の蛍光を利用した流体温度
測定装置においては、標準セルを必ずしも使用すること
がなく、流れのない状態の被測定流体中の測定領域から
の蛍光量の測定で標準セルの代替とすることができるの
で、標準セルを省略することができ、経済的なメリット
がある。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to claim 8, the standard cell is not always used, and the standard is used for measuring the fluorescence amount from the measurement region in the fluid to be measured in the state of no flow. Since it can be used as an alternative to the cell, the standard cell can be omitted, which is economically advantageous.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明に係る蛍光を利用した流体温度
測定装置の一実施例を添付図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a fluid temperature measuring device using fluorescence according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0022】図1は、蛍光を利用した流体温度測定装置
10の第1実施例を示す構成図であり、光源として特定
波長のレーザ光(単色光)を出力するレーザ装置11を
有し、このレーザ装置11から出力されたレーザ光をビ
ーム分割手段としてのビームスプリッタ12で2つのレ
ーザ光に分割している。ビームスプリッタ12は分割さ
れたレーザ光の光強度がそれぞれ等しくなるように調節
される。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a fluid temperature measuring device 10 using fluorescence, which has a laser device 11 for outputting laser light (monochromatic light) of a specific wavelength as a light source. A laser beam output from the laser device 11 is split into two laser beams by a beam splitter 12 as a beam splitter. The beam splitter 12 is adjusted so that the light intensities of the split laser lights are equal to each other.

【0023】ビームスプリッタ12により分割された一
方のレーザ光を被測定流体に照射して測定領域13を形
成しており、他方のレーザ光は反射ミラー14を経て圧
力・温度等の状態量が既知の標準セル15に照射され、
基準となる基準蛍光を得るようになっている。測定領域
13および標準セル15に照射されるレーザ光は、ビー
ムストッパ16,16で止められる。
One of the laser beams divided by the beam splitter 12 is applied to the fluid to be measured to form a measurement region 13, and the other laser beam passes through a reflection mirror 14 and its state quantity such as pressure and temperature is known. Is irradiated to the standard cell 15 of
It is designed to obtain a reference fluorescence as a reference. The laser light applied to the measurement area 13 and the standard cell 15 is stopped by the beam stoppers 16 and 16.

【0024】測定領域13を流れる被測定流体や標準セ
ル15内の流体には蛍光を発生させる蛍光物質としての
シード物質が微量、PPMオーダの濃度で注入されてい
る。シード物質としては、ヨウ素(I),NO,空気中
のO2 等があり、各シード物質はそれぞれ特定波長のレ
ーザ光の照射を受けてレーザ誘起され、蛍光を周囲に発
生させるようになっている。例えば、シード物質である
ヨウ素,NO,酸素(O2 )は、アルゴンイオンレー
ザ,紫外線の色素レーザ,アルゴン弗素レーザからのレ
ーザ照射を受けて蛍光を発生させるようになっている。
したがって、シード物質はレーザ装置11と特別な関係
にあり、シード物質が選択されることによりレーザ装置
11の種類や出力波長が決定される。
A small amount of seed substance as a fluorescent substance for generating fluorescence is injected into the fluid to be measured flowing in the measurement region 13 or the fluid in the standard cell 15 at a concentration of PPM order. The seed material includes iodine (I), NO, O 2 in the air, etc. Each seed material is irradiated with laser light of a specific wavelength to be laser-induced, and fluorescence is generated in the surroundings. There is. For example, the seed substances iodine, NO, and oxygen (O 2 ) are adapted to generate fluorescence upon receiving laser irradiation from an argon ion laser, an ultraviolet dye laser, and an argon fluorine laser.
Therefore, the seed material has a special relationship with the laser device 11, and the type and output wavelength of the laser device 11 are determined by selecting the seed material.

【0025】測定領域13および標準セル15に特定波
長のスポット状レーザ光を照射し、レーザ誘起により発
生した蛍光は集光レンズ17で集束され、光切換手段と
してのチョッパ18で選択的に切り換えられた後、光路
合成手段としてのビームスプリッタ19で共通の光路を
通るように調整され、シャープカットフィルタ20を通
り受光手段としての光電変換素子21に入力され、この
光電変換素子21により蛍光量に比例する電気信号に変
換される。この電気信号は信号処理器22に入力され、
ここで信号処理され、被測定流体の温度を算出するよう
になっている。シャープカットフィルタ20は、定めら
れた波長である蛍光以下の短波長あるいは蛍光以上の長
波長を鋭くカットするフィルタであり、このフィルタ2
0で測定領域13や標準セル15からの散乱レーザ光を
カットし、蛍光のみを通過させるように案内している。
The measurement area 13 and the standard cell 15 are irradiated with spot-shaped laser light of a specific wavelength, and the fluorescence generated by laser induction is focused by a condenser lens 17 and selectively switched by a chopper 18 as a light switching means. After that, the beam is adjusted by a beam splitter 19 as an optical path synthesizing means so as to pass through a common optical path, is input to a photoelectric conversion element 21 as a light receiving means through a sharp cut filter 20, and is proportional to the fluorescence amount by the photoelectric conversion element 21. Is converted into an electric signal. This electric signal is input to the signal processor 22,
Signal processing is performed here, and the temperature of the fluid to be measured is calculated. The sharp cut filter 20 is a filter that sharply cuts a short wavelength of fluorescence or less that is a predetermined wavelength or a long wavelength of fluorescence or more.
At 0, the scattered laser light from the measurement area 13 and the standard cell 15 is cut, and it is guided so that only the fluorescence passes.

【0026】ところで、標準セル15からの蛍光は、反
射ミラー24,24のミラー光学系により光路調整され
て測定領域13からの蛍光に接近させ、集光レンズ16
を経て光切換手段のチョッパ18に案内しており、チョ
ッパ18を通過した蛍光はビームスプリッタ19に導か
れ、このビームスプリッタ19で測定領域13からの蛍
光と標準セル15の光路を一致させている。
By the way, the fluorescence from the standard cell 15 has its optical path adjusted by the mirror optical system of the reflection mirrors 24, 24 so as to approach the fluorescence from the measurement region 13, and the condenser lens 16 is provided.
And is guided to the chopper 18 of the light switching means. The fluorescence passing through the chopper 18 is guided to the beam splitter 19, and the beam splitter 19 matches the fluorescence from the measurement region 13 with the optical path of the standard cell 15. .

【0027】チョッパ18は信号処理器22からの制御
信号により切換が作動制御され、標準セル15からの蛍
光と測定領域13からの蛍光を選択的に交互に切り換え
てビームスプリッタ19に送っている。ビームスプリッ
タ19では双方の蛍光の光路が共通の光路を通るように
調整して光電変換素子21に案内していいる。このた
め、蛍光は共通の光電変換素子21に入力され、入力信
号の較正が不要となる。
The switching of the chopper 18 is controlled by a control signal from the signal processor 22, and the fluorescence from the standard cell 15 and the fluorescence from the measurement region 13 are selectively and alternately transmitted to the beam splitter 19. In the beam splitter 19, the optical paths of both fluorescences are adjusted so as to pass through a common optical path and are guided to the photoelectric conversion element 21. Therefore, the fluorescence is input to the common photoelectric conversion element 21, and the calibration of the input signal becomes unnecessary.

【0028】光電変換素子21からの電気信号は、信号
処理器22に入力され、測定領域13の蛍光量電圧を標
準セル15の蛍光量電圧で割ることにより、光電変換素
子21等のノイズの影響を排除でき、流体中の測定領域
13の温度を算出することができる。その際、測定領域
13へレーザ光照射により得られるレーザ誘起蛍光の散
乱断面積はCARSの1000倍程度あるので、蛍光の
散乱光量は多量となり、このためSN比を良好にして取
扱いが簡単になるとともに、被測定流体の温度測定の精
度を向上させることができる。
The electric signal from the photoelectric conversion element 21 is input to the signal processor 22, and the fluorescence amount voltage of the measurement region 13 is divided by the fluorescence amount voltage of the standard cell 15 to obtain the influence of noise of the photoelectric conversion element 21 or the like. Can be eliminated, and the temperature of the measurement region 13 in the fluid can be calculated. At that time, since the scattering cross section of the laser-induced fluorescence obtained by irradiating the measurement region 13 with the laser light is about 1000 times that of CARS, the scattered light amount of the fluorescence becomes large, and therefore the SN ratio is improved and the handling becomes easy. At the same time, the accuracy of temperature measurement of the fluid to be measured can be improved.

【0029】上記光電変換素子21としては、一般には
光電子増倍管が使用されるが、半導体のアバランシエダ
イオードの使用も可能である。
As the photoelectric conversion element 21, a photomultiplier tube is generally used, but a semiconductor avalanche diode can also be used.

【0030】図2はこの発明に係る蛍光を利用した流体
温度測定装置10Aの第2実施例を示す構成図である。
この流体温度測定装置は光源としてシード物質をレーザ
誘起させるレーザ光を出力するレーザ装置11を有し、
このレーザ装置11からのレーザ光をビーム分割手段と
してのビームスプリッタ12で2つのレーザ光に分割し
ている。分割されたレーザ光はレンズ光学系25を構成
するシリンドリカルレンズ26でシート状に拡げられ、
集光レンズ27で平行な二次元(面)レーザ光に調整さ
れる。二次元レーザ光は横断面が所要の面積を有する平
行レーザ光である。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of a fluid temperature measuring device 10A using fluorescence according to the present invention.
This fluid temperature measuring device has a laser device 11 that outputs a laser beam that laser-induces a seed material as a light source,
A laser beam from this laser device 11 is split into two laser beams by a beam splitter 12 as a beam splitting means. The divided laser light is expanded into a sheet by a cylindrical lens 26 that constitutes the lens optical system 25,
It is adjusted by the condenser lens 27 into parallel two-dimensional (plane) laser light. The two-dimensional laser light is a parallel laser light whose cross section has a required area.

【0031】一方の二次元レーザ光は被測定流体に照射
して二次元(平面)測定領域28を形成しており、この
二次元測定領域28の被測定流体に二次元レーザ光を照
射することにより、レーザ誘起が生じ二次元蛍光を発生
させる。他方のレーザ光は圧力・温度等の状態量が既知
の標準セル15に照射して標準二次元蛍光を得るように
なっている。測定領域28および標準セル15を照射し
た二次元レーザ光はビームストッパ16,16で止めら
れる。
One of the two-dimensional laser beams irradiates the fluid to be measured to form a two-dimensional (planar) measurement area 28. The fluid to be measured in this two-dimensional measurement area 28 is irradiated with the two-dimensional laser light. By this, laser induction occurs and two-dimensional fluorescence is generated. The other laser light is applied to the standard cell 15 whose state quantity such as pressure and temperature is known to obtain standard two-dimensional fluorescence. The two-dimensional laser light irradiating the measurement area 28 and the standard cell 15 is stopped by the beam stoppers 16, 16.

【0032】しかして、流体中の測定領域28からの二
次元蛍光、および標準セル15からの二次元蛍光は、集
光レンズ17で集められて二次元光電変換素子29に集
光されるようになっている。このうち、標準セル15か
らの蛍光は反射ミラー24,24のミラー光学系を使用
して光路調整が行なわれ、測定領域28からの蛍光に接
近させ、集光レンズ17に案内している。
Therefore, the two-dimensional fluorescence from the measurement region 28 in the fluid and the two-dimensional fluorescence from the standard cell 15 are collected by the condenser lens 17 and condensed on the two-dimensional photoelectric conversion element 29. Has become. Of these, the fluorescence from the standard cell 15 is subjected to optical path adjustment using the mirror optical system of the reflection mirrors 24, 24, and is brought close to the fluorescence from the measurement region 28 and guided to the condenser lens 17.

【0033】集光レンズ17に案内されたレーザ光は、
さらに、光変換手段としてのチョッパ18を通り、反射
ミラー24から光路合成手段としてのビームスプリッタ
19に案内される。ビームスプリッタ19では測定領域
28からの二次元蛍光と標準セル15からの二次元蛍光
の光路を一致させるように調整している。ビームスプリ
ッタ19で共通の光路を有するように調整された蛍光は
続いてシャープカットフィルタ20に案内され、ここで
蛍光以外の散乱レーザ光がカットされる。
The laser light guided to the condenser lens 17 is
Further, the light passes through the chopper 18 as the light converting means and is guided from the reflection mirror 24 to the beam splitter 19 as the optical path combining means. The beam splitter 19 is adjusted so that the optical paths of the two-dimensional fluorescence from the measurement area 28 and the two-dimensional fluorescence from the standard cell 15 coincide with each other. The fluorescent light adjusted by the beam splitter 19 to have a common optical path is then guided to the sharp cut filter 20, where scattered laser light other than fluorescent light is cut.

【0034】シャープカットフィルタ20で蛍光以外の
外乱光が除去され、蛍光のみが二次元光電変換素子29
へ入射され、ここで、蛍光量に応じた電気信号に変換さ
れる。二次元光電変換素子29からの電気信号は信号処
理器22へ入力され、測定領域28の二次元蛍光量電圧
を標準セル15の二次元蛍光量電圧で割ることにより二
次元光電変換素子29等のノイズの影響を排除し、二次
元測定領域を案内される被測定流体の平面温度分布を温
度較正することなく、非接触で二次元(面)測定するこ
とができ、正確に算出することができる。
Ambient light other than fluorescence is removed by the sharp cut filter 20, and only fluorescence is generated by the two-dimensional photoelectric conversion element 29.
And is converted into an electric signal corresponding to the fluorescence amount. The electric signal from the two-dimensional photoelectric conversion element 29 is input to the signal processor 22, and the two-dimensional fluorescence amount voltage of the measurement region 28 is divided by the two-dimensional fluorescence amount voltage of the standard cell 15 to obtain the two-dimensional photoelectric conversion element 29 or the like. The influence of noise can be eliminated, and the planar temperature distribution of the fluid to be measured guided in the two-dimensional measurement area can be measured in two dimensions (surface) without contact, and can be calculated accurately. .

【0035】この温度測定装置10Aで被測定流体の温
度を温度較正することなく、正確に面測定で算出するた
めには、温度や圧力等の状態量が既知の標準セル15と
同じとなる状態を測定領域28の被測定流体の流れの中
に予め作り、この初期状態の測定領域28からの被測定
流体の二次元蛍光を信号処理器22に取り込み、この初
期状態の信号処理器22における処理結果が標準セル1
5と同じ状態であることを確認することが要求される。
In order to accurately calculate the surface temperature of the fluid to be measured by this temperature measuring device 10A without performing temperature calibration, the state quantity such as temperature and pressure is the same as that of the known standard cell 15. In advance in the flow of the fluid to be measured in the measurement region 28, the two-dimensional fluorescence of the fluid to be measured from the measurement region 28 in the initial state is taken into the signal processor 22, and the processing in the signal processor 22 in the initial state is performed. Result is standard cell 1
It is required to confirm that it is in the same state as 5.

【0036】また、信号処理器22はチョッパ18を制
御し、測定領域28からの二次元蛍光と標準セル15か
らの二次元蛍光とが交互に二次元光電変換素子29に入
るように調整している。この二次元光電変換素子29と
しては、イメージインテンシファイア付きCCDカメ
ラ、あるいはフォトダイオードアレイ等が使用される。
The signal processor 22 controls the chopper 18 so that the two-dimensional fluorescence from the measurement area 28 and the two-dimensional fluorescence from the standard cell 15 enter the two-dimensional photoelectric conversion element 29 alternately. There is. As the two-dimensional photoelectric conversion element 29, a CCD camera with an image intensifier, a photodiode array, or the like is used.

【0037】図3は本発明に係る蛍光を利用した流体温
度測定装置の第3実施例を示すものである。
FIG. 3 shows a third embodiment of the fluid temperature measuring apparatus using fluorescence according to the present invention.

【0038】この流体温度測定装置10Bは、ガスや液
体等の被測定流体の温度を非接触で測定することができ
るものであり、シード物質をレーザ誘起させるレーザ光
を出力するレーザ装置11を有する。このレーザ装置1
1からのレーザ光はビーム分割手段としてのビームスプ
リッタ12により2つのレーザ光に分割される。分割さ
れた各レーザ光は同じ光強度を有する。
The fluid temperature measuring device 10B is capable of measuring the temperature of a fluid to be measured such as gas or liquid in a non-contact manner, and has a laser device 11 for outputting a laser beam for laser-inducing a seed substance. . This laser device 1
The laser beam from 1 is split into two laser beams by a beam splitter 12 as a beam splitting means. Each split laser light has the same light intensity.

【0039】分割された各レーザ光は走査光学系33に
より走査される。走査光学系33はビームスプリッタ1
2で分割されたレーザ光を集光させる集光用対物レンズ
34と、この対物レンズ34からの分割レーザ光を案内
する光伝送手段としての光ファイバ35と、この光ファ
イバ35の出口端に接続されたレンズアッセンブリ36
とを有し、このレンズアッセンブリ36は光ファイバ3
5からのレーザ光をコリメートしてスポット状のレーザ
光に調整している。この走査光学系33は光ファイバ3
5を備えているので、この光ファイバ35により直線光
路だけでなく湾曲光路をも必要に応じて任意に形成で
き、分割レーザ光を案内する光路の自由度を大きくとる
ことができる。
Each of the divided laser beams is scanned by the scanning optical system 33. The scanning optical system 33 is the beam splitter 1.
A condenser objective lens 34 for condensing the laser light split by 2, an optical fiber 35 as an optical transmission means for guiding the split laser light from the objective lens 34, and an outlet end of the optical fiber 35. Lens assembly 36
And the lens assembly 36 has an optical fiber 3
The laser light from 5 is collimated and adjusted to a spot-shaped laser light. This scanning optical system 33 includes an optical fiber 3
Since the optical fiber 35 is provided, not only the straight optical path but also the curved optical path can be arbitrarily formed by the optical fiber 35 as needed, and the degree of freedom of the optical path for guiding the split laser light can be increased.

【0040】各走査光学系33からのスポット状レーザ
光は、流体の測定領域13および温度や圧力の状態量が
既知の標準セル15にそれぞれ案内されて照射される。
測定領域13を流れる被測定流体や標準セル15内の流
体には、蛍光物質としてのシード物質が微量(PPMオ
ーダ)入れられている。測定領域13や標準セル15を
照射したレーザ光はビームストッパ16,16で止めら
れる。
The spot-shaped laser light from each scanning optical system 33 is guided and irradiated to the measurement area 13 of the fluid and the standard cell 15 whose temperature and pressure state quantities are known.
A small amount (PPM order) of a seed substance as a fluorescent substance is put in the fluid to be measured flowing in the measurement region 13 or the fluid in the standard cell 15. The laser light irradiating the measurement area 13 and the standard cell 15 is stopped by the beam stoppers 16, 16.

【0041】測定領域13や標準セル15にスポット状
レーザ光を照射することで被測定流体や標準セル15内
の流体のシード物質がレーザ誘起され、蛍光を発生させ
る。発生した測定領域13からの蛍光および標準セル1
5からの蛍光は集光レンズ17で集光され、光変換手段
であるチョッパ18,光路合成手段であるビームスプリ
ッタ19、散乱レーザ光をカットするシャープカットフ
ィルタ20を経て光電変換素子21に集光される。標準
セル15からの蛍光は反射ミラー24のミラー光学系に
より光路調整して測定領域13からの蛍光に接近させ、
集光レンズ17からチョッパ18を介してビームスプリ
ッタ19に案内している。ビームスプリッタ19では、
測定領域13からの蛍光と標準セル15からの蛍光の光
路を一致化させ、共通の光路を有するように案内してい
る。
By irradiating the measurement region 13 or the standard cell 15 with spot-shaped laser light, the seed material of the fluid to be measured or the fluid in the standard cell 15 is laser-induced to generate fluorescence. Fluorescence from measurement area 13 generated and standard cell 1
Fluorescence from 5 is condensed by a condenser lens 17, and is condensed on a photoelectric conversion element 21 via a chopper 18 which is a light conversion means, a beam splitter 19 which is an optical path combining means, and a sharp cut filter 20 which cuts scattered laser light. To be done. The fluorescence from the standard cell 15 is adjusted in optical path by the mirror optical system of the reflection mirror 24 so as to approach the fluorescence from the measurement region 13,
The light is guided from the condenser lens 17 to the beam splitter 19 via the chopper 18. In the beam splitter 19,
The optical paths of the fluorescent light from the measurement region 13 and the fluorescent light from the standard cell 15 are made to coincide with each other and guided so as to have a common optical path.

【0042】また、光切換手段であるチョッパ18は信
号処理器22からの制御信号により切換作動が制御さ
れ、測定領域13から蛍光と標準セル15からの蛍光を
選択的に交互に切り換えて光電変換素子21に案内する
ようになっている。
The switching operation of the chopper 18, which is the light switching means, is controlled by the control signal from the signal processor 22, and the fluorescence from the measurement region 13 and the fluorescence from the standard cell 15 are selectively alternately switched to perform photoelectric conversion. It is designed to guide the element 21.

【0043】また、集光レンズ17により蛍光とともに
集められたレーザの散乱光はシャープカットフィルタ2
0によって除去され、蛍光のみが光電変換素子21へ入
射される。光電変換素子21では入力された蛍光を電気
信号に変換しており、光電変換素子21で変換された電
気信号は信号処理器22へ出力される。この信号処理器
22では測定領域13の蛍光量電圧を標準セル15の蛍
光量電圧で割ることにより、光電変換素子21等のノイ
ズの影響を除去した流体中の測定領域13の温度を算出
する。
The scattered light of the laser collected together with the fluorescence by the condenser lens 17 is sharp cut filter 2.
0 is removed, and only the fluorescence is incident on the photoelectric conversion element 21. The photoelectric conversion element 21 converts the input fluorescence into an electric signal, and the electric signal converted by the photoelectric conversion element 21 is output to the signal processor 22. In the signal processor 22, the fluorescence amount voltage of the measurement region 13 is divided by the fluorescence amount voltage of the standard cell 15 to calculate the temperature of the measurement region 13 in the fluid in which the influence of noise such as the photoelectric conversion element 21 is removed.

【0044】図4は本発明に係る蛍光を利用した流体温
度測定装置の第4実施例を示すものである。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of a fluid temperature measuring apparatus using fluorescence according to the present invention.

【0045】この実施例に示された流体温度測定装置1
0Cは、被測定流体の温度を非接触状態で面(二次元)
で正確に測定するものである。この流体温度測定装置1
0Cシード物質をレーザ誘起させるレーザ光を出力する
レーザ装置11を光源として有する。レーザ装置11か
らのレーザ光はビーム分割手段としてのビームスプリッ
タ12により2分割されて、各走査光学系38にそれぞ
れ案内される。
Fluid temperature measuring device 1 shown in this embodiment
0C is the surface of the fluid to be measured in a non-contact state (two-dimensional)
It is an accurate measurement. This fluid temperature measuring device 1
It has a laser device 11 as a light source, which outputs a laser beam for laser-induced 0C seed material. The laser light from the laser device 11 is split into two by a beam splitter 12 as a beam splitting means, and is guided to each scanning optical system 38.

【0046】走査光学系38はビームスプリッタ12か
らの分割レーザ光を集光させる集光用対物レンズ34
と、この対物レンズ34からのレーザ光を案内する屈曲
可能な光ファイバ35と、この光ファイバ35の出口端
部に接続されたレンズ光学系40とを有し、レンズ光学
系40は光ファイバ35からのレーザ光を拡大して平行
な二次元レーザ光を形成するようになっている。レンズ
光学系40は、シリンドリカルレンズ等のレンズアッセ
ンブリ41と、このレンズアッセンブリ41で拡大され
たレーザ光を平行な二次元レーザ光に調整する集光レン
ズ42とから構成され、この集光レンズ42で平行な二
次元レーザ光を得るようになっている。
The scanning optical system 38 condenses the divided laser light from the beam splitter 12 into a condensing objective lens 34.
And a bendable optical fiber 35 for guiding the laser light from the objective lens 34, and a lens optical system 40 connected to the exit end of the optical fiber 35. The lens optical system 40 includes the optical fiber 35. The laser light from the laser is expanded to form parallel two-dimensional laser light. The lens optical system 40 includes a lens assembly 41 such as a cylindrical lens, and a condenser lens 42 that adjusts the laser light magnified by the lens assembly 41 into parallel two-dimensional laser light. A parallel two-dimensional laser beam is obtained.

【0047】一方の走査光学系38を走査され、拡大さ
れた二次元レーザ光が、シード物質入りの被測定流体に
照射され、二次元(平面)測定領域28を形成してい
る。また、他方の走査光学系38を通って標準セル15
に照射された二次元レーザ光は、温度・圧力の状態量が
既知でシード物質入りの標準セル15内の流体をレーザ
誘起させて標準二次元蛍光を得るようになっている。こ
れらのレーザ光はビームストッパ16,16で止められ
る。
The one-dimensional scanning optical system 38 scans and expands the two-dimensional laser light to irradiate the fluid to be measured containing the seed substance to form a two-dimensional (planar) measurement region 28. In addition, the standard cell 15 passes through the other scanning optical system 38.
The two-dimensional laser light applied to the laser light is used to induce the laser in the fluid in the standard cell 15 containing the seed substance, the state amount of temperature and pressure of which is known, to obtain standard two-dimensional fluorescence. These laser lights are stopped by the beam stoppers 16, 16.

【0048】流体中の測定領域28からの二次元蛍光お
よび標準セル15からの二次元蛍光は、集光レンズ17
で集められ、二次元光電変換素子29に集光される。こ
のうち標準セル15からの蛍光は反射ミラー24のミラ
ー光学系を使用して光路調整を行ない、測定領域28か
らの蛍光に接近させ、集光レンズ17に案内される。集
光レンズ17に案内された蛍光は光切換手段としてのチ
ョッパ18を通り反射ミラー24を経て、光合成手段と
してのビームスプリッタ19に導かれる。ビームスプリ
ッタ19では測定領域28からの二次元蛍光と標準セル
15からの二次元蛍光の光路を一致させるように調整さ
れる。
The two-dimensional fluorescence from the measurement region 28 in the fluid and the two-dimensional fluorescence from the standard cell 15 are collected by the condenser lens 17.
And is collected by the two-dimensional photoelectric conversion element 29. Of these, the fluorescence from the standard cell 15 is adjusted in its optical path by using the mirror optical system of the reflection mirror 24, is brought close to the fluorescence from the measurement region 28, and is guided to the condenser lens 17. The fluorescence guided by the condenser lens 17 passes through a chopper 18 serving as light switching means, a reflection mirror 24, and is guided to a beam splitter 19 serving as light combining means. The beam splitter 19 is adjusted so that the optical paths of the two-dimensional fluorescence from the measurement region 28 and the two-dimensional fluorescence from the standard cell 15 coincide with each other.

【0049】ビームスプリッタ19で共通の光路を有す
るように調整された蛍光は続いてシャープカットフィル
タ20に案内され、ここで蛍光以外の散乱レーザ光がカ
ットされ、除去される。
The fluorescence adjusted by the beam splitter 19 so as to have a common optical path is then guided to the sharp cut filter 20, where scattered laser light other than fluorescence is cut and removed.

【0050】シャープカットフィルタ20で蛍光以外の
散乱光がカットされ、蛍光のみが二次元光電変換素子2
9へ入射され、ここで電気信号に変換される。二次元光
電変換素子29からの電気信号は信号処理器22へ入力
され、この信号処理器22で電気信号が演算処理され
る。信号処理器22では測定領域28の二次元蛍光量電
圧を標準セル15の二次元蛍光量電圧で割ることにより
二次元光電変換素子29等のノイズを除去し、流体中の
二次元測定領域28の温度を二次元(面)測定で算出す
る。
Scattered light other than fluorescence is cut by the sharp cut filter 20, and only fluorescence is generated by the two-dimensional photoelectric conversion element 2.
It is incident on 9 and is converted into an electric signal here. The electric signal from the two-dimensional photoelectric conversion element 29 is input to the signal processor 22, and the electric signal is arithmetically processed by the signal processor 22. In the signal processor 22, noise of the two-dimensional photoelectric conversion element 29 or the like is removed by dividing the two-dimensional fluorescence amount voltage of the measurement region 28 by the two-dimensional fluorescence amount voltage of the standard cell 15, and the two-dimensional fluorescence amount voltage of the two-dimensional measurement region 28 in the fluid is removed. The temperature is calculated by two-dimensional (area) measurement.

【0051】また、信号処理器22はチョッパ18を制
御し、測定領域28からの二次元蛍光と標準セル15か
らの二次元蛍光とが交互に二次元光電変換素子29に入
るように調整している。この二次元光電変換素子29と
しては、イメージインテシファイア付きCCDカメラ、
あるいはフォトダイオードアレイ等が使用される。
The signal processor 22 controls the chopper 18 so that the two-dimensional fluorescence from the measurement area 28 and the two-dimensional fluorescence from the standard cell 15 enter the two-dimensional photoelectric conversion element 29 alternately. There is. As the two-dimensional photoelectric conversion element 29, a CCD camera with an image intensifier,
Alternatively, a photodiode array or the like is used.

【0052】なお、本発明の各実施例の説明において
は、状態量が既知でシード物質入りの標準セルを用いた
例を示したが、この標準セルを省略し、流れのない状態
の流体中の測定領域の蛍光量を測定して標準セルと代替
するようにしてもよい。
In the description of each embodiment of the present invention, an example in which a standard cell having a known state quantity and containing a seed substance is used is shown. However, this standard cell is omitted, and the standard cell is not flowed in the fluid. Alternatively, the fluorescence amount in the measurement area may be measured to replace the standard cell.

【0053】また、測定領域からの蛍光と標準セルから
の蛍光をそれぞれ別個の光電変換素子で検出し、この光
電変換素子からの電気信号を信号処理して被測定流体の
温度測定を行なってもよい。この場合には、各光電変換
素子間の精度上の問題から生じる誤差を吸収するための
温度較正が必要となる。
Further, the fluorescence from the measurement region and the fluorescence from the standard cell are detected by separate photoelectric conversion elements, and the electric signal from the photoelectric conversion elements is subjected to signal processing to measure the temperature of the fluid to be measured. Good. In this case, it is necessary to calibrate the temperature in order to absorb the error caused by the accuracy problem between the photoelectric conversion elements.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明に係る請求項1に記載の蛍光を利
用した流体温度測定装置においては、被測定流体を流す
測定領域と状態量が既知の標準セルにビーム分割手段で
分割されたレーザ光を照射し、このレーザ誘起により生
じる蛍光量の比をとって被測定流体の温度を非接触で測
定するようにしたので、流体の流れを乱すことなく、正
確な温度測定を行なうことができる。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to the first aspect of the present invention, the laser divided by the beam dividing means into the standard cells of which the measuring region through which the fluid to be measured flows and the state quantity are known. Since the temperature of the fluid to be measured is measured in a non-contact manner by irradiating light and measuring the ratio of the amount of fluorescence generated by this laser induction, accurate temperature measurement can be performed without disturbing the flow of the fluid. .

【0055】また、測定領域からの被測定流体の蛍光量
を状態量が既知の標準セルの蛍光量で割ることにより、
光電変換素子等の検出手段のノイズの影響を排除でき、
被測定流体の温度を標準セル温度からの差として算出す
ることができる。そして、レーザ誘起蛍光(Laser-Indu
ced Fluorescence)による散乱断面積はCARSの千倍
程度あるので散乱光量は大きくなり、その分SN比がよ
くなって取扱いが簡単になるともに、被測定流体の温度
を正確に測定できる。
Further, by dividing the fluorescence amount of the fluid to be measured from the measurement region by the fluorescence amount of the standard cell whose state quantity is known,
It is possible to eliminate the influence of noise from detection means such as photoelectric conversion elements,
The temperature of the fluid to be measured can be calculated as a difference from the standard cell temperature. And laser-induced fluorescence (Laser-Indu
Since the scattering cross section by ced Fluorescence is about 1000 times that of CARS, the amount of scattered light is large, and the SN ratio is correspondingly improved, and handling is simple, and the temperature of the fluid to be measured can be accurately measured.

【0056】さらに、レーザ光照射によるレーザ誘起に
よる蛍光を測定して被測定流体の温度を測定しているの
で、流れのある流体であっても、その温度を正確に測定
することができる。
Further, since the temperature of the fluid to be measured is measured by measuring the fluorescence induced by the laser light irradiation, the temperature of the fluid to be measured can be accurately measured.

【0057】請求項2に記載の蛍光を利用した流体温度
測定装置においては、測定領域を流れる被測定流体や標
準セル内の流体に二次元レーザ光を照射し、拡がりをも
った二次元(面)測定し、被測定流体の平面温度分布を
算出することができるので、被測定流体の温度測定を、
請求項1に記載のものに比べより一層正確に精度よく測
定することできるメリットがある。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to a second aspect, the fluid to be measured flowing in the measurement region or the fluid in the standard cell is irradiated with a two-dimensional laser beam to form a two-dimensional (surface) having a spread. ) It is possible to measure and calculate the plane temperature distribution of the fluid to be measured.
There is a merit that more accurate and accurate measurement can be performed as compared with the case of the first aspect.

【0058】請求項3または4記載の蛍光を利用した流
体温度測定装置においては、光ファイバを備えた走査光
学系を用いたので、この走査光学系でレーザ光の光路を
自由に設定でき、光路選択の自由度が向上し、流体温度
計測装置の全体調整や組立が容易になる。
In the fluid temperature measuring apparatus using fluorescence according to the third or fourth aspect, since the scanning optical system provided with the optical fiber is used, the optical path of the laser beam can be freely set by this scanning optical system, and the optical path can be set. The degree of freedom in selection is improved, and the overall adjustment and assembly of the fluid temperature measuring device is facilitated.

【0059】請求項5または6に記載の蛍光を利用した
流体温度測定装置においては、走査光学系に光ファイバ
を備えてレーザ光の光路選択の自由度を向上させ、流体
温度計測装置の全体調整や組立が容易であるとともに、
測定領域の被測定流体や標準セル内の流体に二次元
(面)レーザ光を照射し、拡がりをもった二次元(面)
測定し、被測定流体の平面温度分布を算出することがで
きるので、被測定流体の温度を正確に精度よく測定する
ことができる。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to the fifth or sixth aspect, the scanning optical system is provided with an optical fiber to improve the degree of freedom in selecting the optical path of the laser light, and the fluid temperature measuring device is entirely adjusted. And easy to assemble,
Two-dimensional (plane) with a spread by irradiating the measured fluid in the measurement area or the fluid in the standard cell with two-dimensional (plane) laser light
Since it is possible to measure and calculate the planar temperature distribution of the fluid to be measured, the temperature of the fluid to be measured can be accurately and accurately measured.

【0060】請求項7に記載の蛍光を利用した流体温度
測定装置においては、シャープカットフィルタを備えて
蛍光以外の散乱レーザ光をカットし、蛍光のみが光電変
換素子に入力させるようにしたので、蛍光以外の外乱の
影響を確実に排除し、蛍光量を正確に測定できる。
In the fluid temperature measuring device using fluorescence according to the seventh aspect, a sharp cut filter is provided to cut off scattered laser light other than fluorescence so that only fluorescence enters the photoelectric conversion element. The influence of disturbances other than fluorescence can be reliably excluded, and the amount of fluorescence can be measured accurately.

【0061】請求項8に記載の蛍光を利用した流体温度
測定装置においては、標準セルを必ずしも使用すること
がなく、流れのない状態の被測定流体中の測定領域から
の蛍光量の測定で標準セルの代替とすることができるの
で、標準セルを省略することができ、経済的なメリット
がある。
In the fluorescence-based fluid temperature measuring device according to the eighth aspect, the standard cell is not always used, and the standard is used for measuring the fluorescence amount from the measurement region in the fluid to be measured in the state of no flow. Since it can be used as an alternative to the cell, the standard cell can be omitted, which is economically advantageous.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る蛍光を利用した流体温度測定装置
の一実施例を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a fluid temperature measuring device using fluorescence according to the present invention.

【図2】本発明に係る蛍光を利用した流体温度測定装置
の第2実施例を示す構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of a fluid temperature measuring device using fluorescence according to the present invention.

【図3】本発明に係る蛍光を利用した流体温度測定装置
の第3実施例を示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of a fluid temperature measuring apparatus using fluorescence according to the present invention.

【図4】本発明に係る蛍光を利用した流体温度測定装置
の第4実施例を示す構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of a fluid temperature measuring device using fluorescence according to the present invention.

【図5】従来のCARSを使用した流体温度測定装置を
示す概要図。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional fluid temperature measuring device using CARS.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,10A,10B,10C 流体温度測定装置 11 レーザ装置 12 ビームスプリッタ(ビーム分割手段) 13,28 測定領域 15 標準セル 18 チョッパ(光切換手段) 19 ビームスプリッタ(光路合成手段) 20 シャーブカットフィルタ 21,29 光電変換素子 22 信号処理器 25,40 レンズ光学系 33,38 走査光学系 34 集光用対物レンズ 35 光ファイバ 36,41 レンズアッセンブリ 10, 10A, 10B, 10C Fluid temperature measuring device 11 Laser device 12 Beam splitter (beam splitting means) 13, 28 Measurement area 15 Standard cell 18 Chopper (light switching means) 19 Beam splitter (optical path synthesizing means) 20 Sherb cut filter 21 , 29 Photoelectric conversion element 22 Signal processor 25, 40 Lens optical system 33, 38 Scanning optical system 34 Condensing objective lens 35 Optical fiber 36, 41 Lens assembly

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を出力するレーザ装置と,この
レーザ装置からのレーザ光を2つのレーザ光に分割する
ビーム分割手段と,分割されたレーザ光がそれぞれ照射
される被測定流体中の測定領域およびシード物質を入れ
た状態量が既知の標準セルと,測定領域および標準セル
でそれぞれ発生した蛍光を選択的に切換可能に通過させ
る光切換手段と,2つの蛍光の光路を一致させる光路合
成手段と,この光路合成手段からの蛍光を受光して電気
信号に変換する光電変換素子と,前記測定領域からの蛍
光量と標準セルからの蛍光量の比より被測定流体の温度
を算出する信号処理器とを備えたことを特徴とする蛍光
を利用した流体温度測定装置。
1. A laser device that outputs a laser beam, a beam splitting device that splits the laser beam from the laser device into two laser beams, and a measurement in a fluid to be measured to which each of the split laser beams is irradiated. A standard cell in which a state quantity containing a region and a seed substance is known, an optical switching means for selectively and selectively passing the fluorescence generated in the measurement region and the standard cell, and an optical path synthesis for matching the optical paths of two fluorescences Means, a photoelectric conversion element for receiving the fluorescence from the optical path synthesizing means and converting it into an electric signal, and a signal for calculating the temperature of the fluid to be measured from the ratio of the fluorescence amount from the measurement region and the fluorescence amount from the standard cell. A fluid temperature measuring device using fluorescence, comprising: a processor.
【請求項2】 レーザ光を出力するレーザ装置と,この
レーザ装置からのレーザ光を分割するビーム分割手段
と,分割されたレーザ光を拡大させて二次元レーザ光を
形成するレンズ光学系と,二次元レーザ光が照射される
被測定流体中の二次元測定領域およびシード物質を入れ
た状態量が既知の標準セルと,上記測定領域および標準
セルでそれぞれ発生した二次元蛍光を選択的に切換可能
に通す光切換手段と,2つの蛍光の光路を一致させる光
路合成手段と,この光路合成手段からの蛍光を受光して
電気信号に変換する二次元光電変換素子と,測定領域か
らの蛍光量と標準セルからの蛍光量の比より被測定流体
の平面温度分布を算出する信号処理器とを備えたことを
特徴とする蛍光を利用した流体温度測定装置。
2. A laser device for outputting a laser beam, a beam splitting device for splitting the laser beam from the laser device, and a lens optical system for expanding the split laser beam to form a two-dimensional laser beam. Selectively switch between the two-dimensional measurement region in the fluid to be irradiated with the two-dimensional laser light and the standard cell with a known state quantity containing the seed substance and the two-dimensional fluorescence generated in the measurement region and the standard cell. An optical switching means that allows light to pass through, an optical path combining means that matches the optical paths of two fluorescences, a two-dimensional photoelectric conversion element that receives the fluorescence from the optical path combining means and converts it into an electric signal, and the amount of fluorescence from the measurement region And a signal processor that calculates a planar temperature distribution of a fluid to be measured based on a ratio of the amount of fluorescence from the standard cell, and a fluid temperature measuring device using fluorescence.
【請求項3】 レーザ光を出力するレーザ装置と,この
レーザ装置からのレーザ光を分割するビーム分割手段
と,分割されたレーザ光を走査させる光ファイバとを備
えた走査光学系と,上記走査光学系を走査されるレーザ
光がそれぞれ照射される被測定流体中の測定領域および
シード物質を入れた状態量既知の標準セルと,上記測定
領域および標準セルでそれぞれ発生した蛍光を選択的に
切換可能に通過させる光切換手段と,2つの蛍光の光路
を一致させる光路合成手段と,この光路合成手段からの
蛍光を受光して電気信号に変換する光電変換素子と,前
記測定領域からの蛍光量と標準セルからの蛍光量の比よ
り被測定流体の温度を算出する信号処理器とを備えたこ
とを特徴とする蛍光を利用した流体温度測定装置。
3. A scanning optical system comprising a laser device for outputting a laser beam, a beam splitting means for splitting the laser beam from the laser device, and an optical fiber for scanning the split laser beam; and the above scanning. Selectively switch between the measurement area in the fluid to be measured, which is irradiated with the laser beam scanned by the optical system, and the standard cell in which the state quantity is known, and the fluorescence generated in the measurement area and the standard cell. A light switching means that allows the light to pass through, an optical path combining means that matches the optical paths of two fluorescences, a photoelectric conversion element that receives the fluorescence from the optical path combining means and converts it into an electric signal, and the amount of fluorescence from the measurement region. And a signal processor that calculates the temperature of the fluid to be measured from the ratio of the amount of fluorescence from the standard cell, and a fluid temperature measuring device using fluorescence.
【請求項4】 走査光学系はビーム分割手段で分割され
たレーザ光を集光させる集光用対物レンズと,この対物
レンズからのレーザ光を案内する光ファイバと,この光
ファイバの出口端部に接続され、レーザ光をコリメート
するレンズアッセンブリとを有する請求項3に記載の蛍
光を利用した流体温度測定装置。
4. The scanning optical system includes a focusing objective lens for focusing the laser light split by the beam splitting means, an optical fiber for guiding the laser light from the objective lens, and an exit end of the optical fiber. The fluid temperature measuring device using fluorescence according to claim 3, further comprising a lens assembly that is connected to the lens assembly and collimates the laser light.
【請求項5】 レーザ光を出力するレーザ装置と,この
レーザ装置からのレーザ光を分割するビーム分割手段
と,分割されたレーザ光を案内し、拡大して二次元レー
ザ光を形成する走査光学系と,二次元レーザ光が照射さ
れる被測定流体中の二次元測定領域およびシード物質を
入れた状態量が既知の標準セルと,上記測定領域および
標準セルでそれぞれ発生した二次元蛍光を選択的に切換
可能に通す光切換手段と,2つの蛍光の光路を一致させ
る光路合成手段と,この光路合成手段からの蛍光を受光
して電気信号に変換する二次元光電変換素子と,測定領
域からの蛍光量と標準セルからの蛍光量の比より被測定
流体の平面温度分布を算出する信号処理器とを備えたこ
とを特徴とする蛍光を利用した流体温度測定装置。
5. A laser device for outputting a laser beam, a beam splitting device for splitting the laser beam from the laser device, and a scanning optics for guiding and expanding the split laser beam to form a two-dimensional laser beam. System, a standard cell with a known state quantity containing a two-dimensional measurement area and a seed substance in a fluid to be measured irradiated with a two-dimensional laser beam, and two-dimensional fluorescence generated in the measurement area and the standard cell, respectively From the measurement area, a light switching means that allows the light to be switched, a light path combining means that matches the light paths of the two fluorescences, a two-dimensional photoelectric conversion element that receives the fluorescence from the light path combining means and converts it into an electrical signal. And a signal processor for calculating a plane temperature distribution of a fluid to be measured from the ratio of the fluorescence amount from the standard cell to the fluorescence amount from the standard cell.
【請求項6】 走査光学系は、ビーム分割手段で分割さ
れたレーザ光を集光させる集光用対物レンズと,この対
物レンズからのレーザ光を案内する光ファイバと,この
光ファイバの出口端部に接続され、レーザ光を拡大して
二次元レーザ光を形成するレンズ光学系とを有する請求
項5に記載の蛍光を利用した流体温度測定装置。
6. The scanning optical system includes a focusing objective lens for focusing the laser light split by the beam splitting means, an optical fiber for guiding the laser light from the objective lens, and an exit end of the optical fiber. 6. A fluid temperature measuring device utilizing fluorescence according to claim 5, further comprising: a lens optical system connected to the lens section and expanding a laser beam to form a two-dimensional laser beam.
【請求項7】 光切換手段と光電変換素子との間にレー
ザ光をカットし、蛍光のみを通すシャープカットフィル
タを設けた請求項1,2,3または5に記載の蛍光を利
用した流体温度測定装置。
7. A fluid temperature using fluorescence as claimed in claim 1, wherein a sharp cut filter for cutting laser light and passing only fluorescence is provided between the light switching means and the photoelectric conversion element. measuring device.
【請求項8】 標準セルを流れのない状態の被測定流体
中の測定領域からの蛍光量の測定で代用させた請求項
1,2,3または5に記載の蛍光を利用した流体温度測
定装置。
8. A fluid temperature measuring device utilizing fluorescence according to claim 1, 2, 3 or 5, wherein the standard cell is substituted for measurement of the amount of fluorescence from a measurement region in a fluid to be measured in the state of no flow. .
JP24786094A 1994-10-13 1994-10-13 Fluid-temperature measuring apparatus utilizing fluorescence Pending JPH08110270A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104521545A (en) * 2015-02-02 2015-04-22 柏跃龙 Cultivation method of clivia miniata in greenhouse of northern China
WO2020054785A1 (en) 2018-09-14 2020-03-19 横河電機株式会社 Temperature measurement device, temperature measurement system, and temperature measurement method

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