JPH08278251A - レーザ誘起蛍光法による計測装置 - Google Patents

レーザ誘起蛍光法による計測装置

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JPH08278251A
JPH08278251A JP8015095A JP8015095A JPH08278251A JP H08278251 A JPH08278251 A JP H08278251A JP 8015095 A JP8015095 A JP 8015095A JP 8015095 A JP8015095 A JP 8015095A JP H08278251 A JPH08278251 A JP H08278251A
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mesh
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laser
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Yoshihiro Deguchi
祥啓 出口
Shohei Noda
松平 野田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ誘起蛍光法により密度及び流速を同時
に計測することができる装置を提供すること、流速計測
を二次元で計測することができる装置を提供することを
目的とする。 【構成】 電子エネルギー差に対応した波長の色素パル
スレーザ光を出力する手段1,2と、該レーザ光を分岐
する手段3と、線状の反射コーティング5cを複数施し
た二つのシリンドリカルレンズ5a,5bと、該シリン
ドリカルレンズ5a,5bを通過した二つの縞状シート
光を測定場12に異なる角度で入射させる手段4と、該
測定場12に形成される網の目状の明暗を計測する手段
6,7,8と、測定された網の目状の明暗のうち、明部
の蛍光強度から測定分子の濃度を決定すると共にその暗
部の交差点の時間的移動に基づいて測定分子の流速及び
その移動方向を二次元で求める演算器10とを有するこ
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、レーザ誘起蛍光法によ
る密度及び流速計測装置に関する。例えば、ターボ機械
内部等の密度及び流速を計測する装置に用いられるもの
である。
【0002】
【従来の技術】一般的なレーザ誘起蛍光法(Laser Indu
ced Fluorescence:LIF)による密度測定装置を図5
に示す。同図に示すように、励起用パルスレーザ01よ
り色素レーザ02を発振させて、測定分子の電子エネル
ギー差に対応した波長の光を出力させると、そのレーザ
光はシリンドリカルレンズ03にてシート状にされた
後、図中破線で囲まれた測定場08に照射される。
【0003】測定場08において励起された測定分子に
より生じる蛍光は、フィルタ04を通過した後、レンズ
05で集光され、CCDカメラ06で計測される。CC
Dカメラ06は、同期ライン07を介して、色素レーザ
02の発振と同期して、測定分子の蛍光強度を計測す
る。ここで、測定分子の濃度と蛍光強度は比例するた
め、CCDカメラ06により測定分子の蛍光強度を計測
すると、測定分子の密度が決定される。
【0004】一般的なレーザ誘起蛍光法による流速計測
装置を図6(a)に示す。同図に示すように、励起用パ
ルスレーザ011より色素レーザ012を発振させて、
測定分子の電子エネルギー差に対応した波長の光を出力
させると、そのレーザ光はレンズ013にてビーム状に
された後、図中破線で囲まれた測定場018に照射され
る。測定場018において励起された測定分子により生
じる燐光(蛍光に比較して長時間光っている)は、レー
ザ照射時刻よりΔt後に、フィルタ014を通過した
後、レンズ015で集光され、CCDカメラ016で計
測される。
【0005】CCDカメラ016は、同期ライン017
を介して、色素レーザ02と接続されている。従って、
図6(b)に示すように、CCDカメラ016にてΔt
間の流体の移動距離ΔL1、ΔL2を計測すると、流速を
1=ΔL1/Δt、v2=ΔL2/Δtにより求められ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ターボ機械、ラムジェ
ットエンジン、超音速飛翔体の性能評価には、物体周り
に形成される超音速流の密度及び流速の把握が重要であ
る。しかし、従来では、その密度及び流速を同時に計測
することが困難であった。また、流速計測は一次元計測
となるため、流れの方向が既知でないと正確な流速を計
測することができない等の欠点があった。
【0007】本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、レーザ誘起蛍光法により密度及び流速を同
時に計測することができる装置を提供することを目的と
する。更に、他の目的は、流速計測を二次元で計測する
ことができる装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は、電子エネルギー差に対応した波長の色素
パルスレーザ光を出力する手段と、該レーザ光を分岐す
る手段と、線状の反射コーティングを複数施した二つの
シリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズを通
過した二つの縞状シート光を測定場に異なる角度で入射
させる手段と、該測定場に形成される網の目状の明暗を
撮影する手段と、撮影された網の目状の明暗のうち、明
部の蛍光強度から測定分子の濃度を決定すると共にその
暗部の交差点の時間的移動に基づいて測定分子の流速及
びその移動方向を二次元で求める演算器とを有すること
を特徴とする。
【0009】また、上記目的を達成する本発明の構成
は、電子エネルギー差に対応した波長の色素パルスレー
ザ光を出力する手段と、該レーザ光を分岐する手段と、
線状の反射コーティングを複数施した二つのシリンドリ
カルレンズと、該シリンドリカルレンズを通過した二つ
の縞状シート光を測定場に異なる角度で入射させる手段
と、該測定場に形成される網の目状の明暗を撮影する手
段と、撮影された網の目状の明暗のうち、暗部の交差点
の時間的移動に基づいて測定分子の流速及びその移動方
向を二次元で求める演算器とを有することを特徴とす
る。
【0010】
【作用】測定分子の電子エネルギー差に対応した波長の
色素レーザは、二つに分岐された後、シリンドリカルレ
ンズを通過する際に、線状の反射コーティングにより縞
状シート光となり、測定場に異なる角度で照射される。
そのため、測定場においては、網の目状の明暗が形成さ
れ、その蛍光を撮影して、その明部の蛍光強度により測
定分子の濃度を決定することができる。また、測定場に
おいて、燐光を時間的経過に伴って撮影し、暗部となる
交差点の時間的移動を解析することにより、測定分子の
流速及び移動方向を二次元的に決定することができ、ま
た、測定分子の流速を二次元的に求めることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図1に本発明の一実施例に係
る計測装置を示す。同図に示すように、励起用パルスレ
ーザ1より色素レーザ2を発振させて、測定分子の電子
エネルギー差に対応した波長の光を出力させると、その
レーザ光はビームスプリッター3にて二つに分岐され
る。
【0012】各分岐光は、それぞれミラー4、シリンド
リカルレンズ5を経てシート状となり、それぞれ測定場
12(図中破線で示す)に異なる角度で照射される。こ
こで、シリンドリカルレンズ5は、凹面シリンドリカル
レンズ5aと凸面シリンドリカルレンズ5bとの組合せ
たものであり、また、凸面シリンドリカルレンズ5bに
は、図2に示すように、線状の反射膜(反射コーティン
グ)5cが複数本コーティングされている。
【0013】そのため、シリンドリカルレンズ5を通過
するシート状のレーザ光は、反射膜5cによりレーザ光
が部分的に遮られて、狭い暗の部分が連続的に形成され
ることとなる。つまり、図3(b)に示すように、レー
ザ光強度の変化により、連続的に明暗部が形成された縞
状シート光となるのである。一方、測定場12において
は、図3(a)に示すように、二つの縞状シート光が異
なる角度で入射するため、励起された測定分子により生
じる蛍光及び燐光により、網の目状或いは格子状の明暗
が形成される。
【0014】このように発生した蛍光及び燐光は、フィ
ルタ6を通過した後、レンズ7で集光され、CCDカメ
ラ8で撮影される。CCDカメラ8は、同期ライン1を
介して励起用パルスレーザ1と同期し、また、コンピュ
ータ(演算器)10、表示装置11に接続している。従
って、CCDカメラ8は、レーザ光の照射と同時に、測
定場12において発生した蛍光及び燐光を撮影すると共
にレーザ光の照射からΔt後の燐光を撮影し、そのデー
タはコンピュータ10へ送ることができる。
【0015】コンピュータ10は、測定分子の濃度と蛍
光強度は比例することを利用し、測定場12におけるレ
ーザ光強度の強い部分、即ち、明部の蛍光強度により、
測定分子の濃度を決定し、その結果を、表示装置11に
表示する。更に、コンピュータ10は、測定場12にお
ける燐光パターンの時間的移動に基づいて、測定分子の
流速及びその方向を二次元的に決定する。
【0016】例えば、図4に示すように、レーザ照射と
同時に発生した燐光により、暗部である交差点A,B,
C,Dが形成され、そのレーザ照射からΔt後に発生し
た燐光により、暗部である交差点A′,B′,C′,
D′が発生したとすると、A→A′,B→B′,C→
C′,D→D′のように交差点が移動したこととなるか
ら、その移動距離を移動時間であるΔtで割ることによ
り各交差点の流速が決定され、また、A→A′,B→
B′,C→C′,D→D′の方向により各交差点におけ
る移動方向が特定されることとなる。このようにして決
定された測定分子の流速及びその方向は、表示装置11
に表示される。
【0017】上述したように本実施例における計測装置
は、シリンドリカルレンズ5を介して、測定場12に二
つの縞状シート光を異なる角度で照射して、測定場12
で網の目又は格子状の明暗を形成し、その蛍光及び燐光
をCCDカメラ8により撮影することにより、コンピュ
ータ10でその明部の蛍光強度により測定分子の濃度を
決定する共に、その暗部となる交差点A,B,C,Dの
時間的移動を解析して測定分子の流速及び移動方向を二
次元的に決定することができる。
【0018】従って、本実施例のように本発明では、タ
ーボ機械等の超音速流れ場の密度、流速測定において、
二次元で移動方向及び密度の測定が瞬時に可能となる
(時間分解能:10ns程度)。特に、従来解析が困難
であった超音速場の解析が飛躍的に向上するため、ター
ボ機械、ラムジェットエンジン、超音速飛翔体等の性能
評価等に大きく役立つ。
【0019】尚、上記実施例では、測定分子の濃度を決
定すると同時に測定分子の流速及びその方向を二次元的
に求めていたが、測定分子の濃度は別途求めるように
し、測定分子の流速及びその方向を二次元的に求めても
良い。
【0020】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によると、シリンドリカルレンズを介
して、測定場に二つの縞状シート光を異なる角度で照射
して、測定場で網の目又は格子状の明暗を形成し、その
蛍光及び燐光を撮影することにより、その明部の蛍光強
度により測定分子の濃度を決定する共にその暗部の交差
点の時間的移動を解析して測定分子の流速及び移動方向
を二次元的に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るレーザ誘起蛍光法によ
る密度及び流速計測装置を示す構成図である。
【図2】凸面シリンドリカルレンズの斜視図である。
【図3】レーザ光の入射方法を示す説明図である。
【図4】交差点の移動パターンを示す説明図である。
【図5】従来の密度計測用光学系の配置図である。
【図6】従来の流速計測用光学系の配置図である。
【符号の説明】
1 励起用パルスレーザ 2 色素レーザ 3 ビームスプリッタ 4 ミラー 5 シリンドリカルレンズ 6 フィルタ 7 レンズ 8 CCDカメラ 9 同期ライン 10 コンピュータ 11 表示装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子エネルギー差に対応した波長の色素
    パルスレーザ光を出力する手段と、該レーザ光を分岐す
    る手段と、線状の反射コーティングを複数施した二つの
    シリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズを通
    過した二つの縞状シート光を測定場に異なる角度で入射
    させる手段と、該測定場に形成される網の目状の明暗を
    撮影する手段と、撮影された網の目状の明暗のうち、明
    部の蛍光強度から測定分子の濃度を決定すると共にその
    暗部の交差点の時間的移動に基づいて測定分子の流速及
    びその移動方向を二次元で求める演算器とを有すること
    を特徴とするレーザ誘起蛍光法による計測装置。
  2. 【請求項2】 電子エネルギー差に対応した波長の色素
    パルスレーザ光を出力する手段と、該レーザ光を分岐す
    る手段と、線状の反射コーティングを複数施した二つの
    シリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズを通
    過した二つの縞状シート光を測定場に異なる角度で入射
    させる手段と、該測定場に形成される網の目状の明暗を
    撮影する手段と、撮影された網の目状の明暗のうち、暗
    部の交差点の時間的移動に基づいて測定分子の流速及び
    その移動方向を二次元で求める演算器とを有することを
    特徴とするレーザ誘起蛍光法による計測装置。
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