JPH09113531A - Device and method for measuring flow velocity distribution - Google Patents

Device and method for measuring flow velocity distribution

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JPH09113531A
JPH09113531A JP26704995A JP26704995A JPH09113531A JP H09113531 A JPH09113531 A JP H09113531A JP 26704995 A JP26704995 A JP 26704995A JP 26704995 A JP26704995 A JP 26704995A JP H09113531 A JPH09113531 A JP H09113531A
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JP
Japan
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laser light
fluid
flow velocity
probe
velocity distribution
Prior art date
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Pending
Application number
JP26704995A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Kobayashi
一郎 小林
Ichiro Yamazaki
一郎 山崎
Shuichi Fujita
修一 藤田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH09113531A publication Critical patent/JPH09113531A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow velocity distribution measuring device for measuring the distribution of flow velocity of a flow passage to be measured without changing the constitution of an object to be tested, in which the fluid is circulated. SOLUTION: Fluid, which flows in a fluid cell 4 forming a flow passage to be measured and which includes a color element for absorbing the laser beam, is irradiated with the pulse laser beam by a second harmonic generator 28 of a pulse YGA laser from a direction crossing the flowing direction. Similarly, the fluid is irradiated with the probe laser beam to be transmitted through the fluid by a CW color element laser generating unit 21 from a direction crossing the flowing direction of the fluid and crossing the pulse laser beam so as to change refractive index of the fluid, and the distribution of refractive index is photographed as a change of the intensity of the probe laser beam by a streak camera 27 so as to obtain the distribution of flow velocity.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、測定対象物の被
測定流路の流速分布を空間的および時間的に高分解能で
測定できる流速分布測定装置およびその方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow velocity distribution measuring device and method capable of measuring the flow velocity distribution of an object to be measured in a flow path under measurement with high resolution spatially and temporally.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9には例えば「レーザーハンドブック
(1982年、オーム社刊)」に記載された従来の流速
分布測定装置の構成を示す。図9において100は流速
分布測定装置であり、1はN2パルスレーザ発生器、2
はN2パルスレーザ発生器1を集光するレンズ、3は流
体セル4にN2パルスレーザ発生器1の照射する位置を
決めるスリット、4はルミネセンス粒子を混入させた流
体を流す被測定流路を形成する流体セルである。
2. Description of the Related Art FIG. 9 shows the structure of a conventional flow velocity distribution measuring device described in, for example, "Laser Handbook (1982, published by Ohmsha)". In FIG. 9, 100 is a flow velocity distribution measuring device, 1 is an N 2 pulse laser generator, 2
Is a lens for condensing the N 2 pulse laser generator 1, 3 is a slit for determining the irradiation position of the N 2 pulse laser generator 1 on the fluid cell 4, and 4 is a flow to be measured in which a fluid mixed with luminescent particles flows. A fluid cell forming a passage.

【0003】5はN2パルスレーザ発生器1で励起され
た流体中のルミネセンス粒子の発光を増幅するための暗
視スコープ、6と7は暗視スコープ5の像を8のテレビ
カメラに転写するためのレンズ、9はテレビカメラ8の
像を収録するビデオテープレコーダ、10はテレビカメ
ラ8の像を観測するためのモニタテレビである。
Reference numeral 5 is a night-vision scope for amplifying the emission of luminescent particles in the fluid excited by the N 2 pulse laser generator 1, and 6 and 7 are images of the night-vision scope 5 transferred to a television camera 8 Reference numeral 9 is a video tape recorder for recording an image of the television camera 8, and 10 is a monitor television for observing the image of the television camera 8.

【0004】11は回転板12に形成された穴(図示せ
ず)の位置に対応してトリガ信号を発生するためのホト
インタラプタ、12は回転板、13はホトインタラプタ
11とN2パルスレーザ発生器1との同期をとるための
レーザトリガ装置、14はホトインタラプタ11のホト
インタラプタ電源、15は回転板12を回転させるモー
タ、16はモータ15のコントローラである。
Reference numeral 11 is a photo interrupter for generating a trigger signal corresponding to the position of a hole (not shown) formed in the rotary plate 12, 12 is a rotary plate, and 13 is a photo interrupter 11 and N 2 pulse laser generation. A laser trigger device for synchronizing with the device 1, 14 is a photo interrupter power supply of the photo interrupter 11, 15 is a motor for rotating the rotary plate 12, and 16 is a controller of the motor 15.

【0005】次に動作について説明する。回転板12の
穴の位置がホトインタラプタ11の位置と一致すると、
ホトインタラプタ11からトリガ信号が発生され、レー
ザトリガ装置13が動作してN2パルスレーザ発生器1
が発振する。このN2パルスレーザ光(励起光)をレンズ
2で集光し、流体セル4に照射する。流体セル4内では
ルミネセンス粒子をトレーサとして混入した流体が紙面
と垂直方向に流れている。このルミネセンス粒子は励起
光で励起されると発光する性質がある。
Next, the operation will be described. When the position of the hole of the rotary plate 12 matches the position of the photo interrupter 11,
A trigger signal is generated from the photo interrupter 11, and the laser trigger device 13 operates to operate the N 2 pulse laser generator 1.
Oscillates. The N 2 pulsed laser light (excitation light) is condensed by the lens 2 and irradiated on the fluid cell 4. In the fluid cell 4, a fluid in which luminescence particles are mixed as a tracer flows in a direction perpendicular to the paper surface. The luminescent particles have the property of emitting light when excited by excitation light.

【0006】スリット3の位置で流体中のルミネセンス
粒子を励起光で励起し、回転板12の穴の位置がホトイ
ンタラプタ11から移動して流体セル4と暗視スコープ
5の間にくるまでの時間である△t時間後の発光パター
ンを、暗視スコープ5で増幅してレンズ6と7で転写
し、テレビカメラ8で撮影する。撮影した画像はビデオ
テープレコーダ9で収録するとともに、モニタテレビ1
0で観測する。撮影した画像から△t時間にルミネセン
ス粒子が移動した距離を測定して、これに従って流速を
求める。
Luminescent particles in the fluid are excited by excitation light at the position of the slit 3, and the position of the hole of the rotary plate 12 moves from the photointerrupter 11 to the position between the fluid cell 4 and the night-vision scope 5. The light emission pattern after the time Δt is amplified by the night-vision scope 5, transferred by the lenses 6 and 7, and photographed by the television camera 8. The captured images are recorded by the video tape recorder 9 and the monitor TV 1
Observe at 0. The distance traveled by the luminescent particles is measured at Δt time from the photographed image, and the flow velocity is determined accordingly.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の流速分布測定装置では、流体中にトレーサとし
て粒子径が数十μmのルミネセンス粒子を混入する必要
があるため、評価する流体の組性が変わり流れの特性が
変わったり、あるいは粒子により細管に目詰まりを生じ
たり、試験対象物に付属しているフィルタを撤去する必
要があったり、また試験対象物に付属している循環ポン
プを粒子により損傷したりするなどの問題点があった。
In the conventional flow velocity distribution measuring device configured as described above, it is necessary to mix luminescence particles having a particle diameter of several tens of μm as a tracer into the fluid, and therefore the fluid to be evaluated. The composition of the flow is changed, the characteristics of the flow are changed, the capillaries are clogged with particles, the filter attached to the test object needs to be removed, and the circulation attached to the test object is changed. There was a problem that the pump was damaged by particles.

【0008】この発明は上記のような問題を解消するた
めになされたもので、流体を循環させる試験対象物の構
成要素の変更を行うことなく、そのまま状態で容易に被
測定流路の流速分布を測定できる流速分布測定装置およ
びその方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is easy to maintain the flow velocity distribution in the flow path under measurement without changing the constituent elements of the test object for circulating the fluid. An object of the present invention is to provide a flow velocity distribution measuring apparatus and method capable of measuring the flow velocity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明の第1の発明は、測定対象物の被測定流路に流れる
レーザ光を吸収する色素を含む流体にこれの流れの方向
と交差する方向からパルスレーザ光を照射し、同様に上
記流体の流れの方向と交差しかつ上記パルスレーザ光と
も交差する方向から上記流体に透過されるプローブレー
ザ光を照射し、上記パルスレーザ光により上記流体の屈
折率を変化させ、これによる屈折率分布を上記流体を透
過した上記プローブレーザ光から測定して上記被測定流
路の流速分布を測定することを特徴とする流速分布測定
装置にある。
In view of the above-mentioned object, the first invention of the present invention provides a fluid containing a dye that absorbs laser light flowing in a flow path to be measured of an object to be measured and a direction of the flow of the fluid. Irradiating pulsed laser light from the intersecting direction, irradiating probe laser light that is transmitted to the fluid from a direction that also intersects with the flow direction of the fluid and also intersects with the pulsed laser light. There is provided a flow velocity distribution measuring device characterized in that the flow velocity distribution of the flow path to be measured is measured by changing the refractive index of the fluid and measuring the refractive index distribution by the fluid from the probe laser light that has passed through the fluid. .

【0010】この発明の第2の発明は、上記パルスレー
ザ光が照射された上記流体に生じた屈折率の変化による
屈折率分布を、ストリークカメラで上記プローブレーザ
光の強度の時間的変化として測定することにより流速分
布を求めることを特徴とする請求項1に記載の流速分布
測定装置にある。
In a second aspect of the present invention, the refractive index distribution due to the change in the refractive index generated in the fluid irradiated with the pulsed laser light is measured by a streak camera as the temporal change in the intensity of the probe laser light. The flow velocity distribution measuring apparatus according to claim 1, wherein the flow velocity distribution is obtained by performing the above.

【0011】この発明の第3の発明は、上記プローブレ
ーザ光と、上記パルスレーザ光による屈折率の変化が生
じた上記流体を透過した上記プローブレーザ光とによる
干渉縞をマッハツェンダ干渉計で求め、屈折率分布を高
速ゲート付ICCDカメラで上記干渉縞の時間的変化と
して測定することにより流速分布を求めることを特徴と
する請求項1に記載の流速分布測定装置にある。
According to a third aspect of the present invention, an interference fringe formed by the probe laser beam and the probe laser beam transmitted through the fluid in which the refractive index is changed by the pulse laser beam is obtained by a Mach-Zehnder interferometer, The flow velocity distribution measuring device according to claim 1, wherein the flow velocity distribution is obtained by measuring the refractive index distribution as a temporal change of the interference fringes with an ICCD camera with a high speed gate.

【0012】この発明の第4の発明は、上記被測定流路
を形成し上記流体が流れる流体セルと、上記プローブレ
ーザ光を発生し、上記流体セルの流体の流れの方向に交
差する方向にプローブレーザ光を照射するプローブレー
ザ光発生手段と、上記パルスレーザ光を発生し、上記流
体セルの流体の流れの方向と交差しかつ上記パルスレー
ザ光とも交差する方向から上記流体に透過させるパルス
レーザ光発生手段と、上記パルスレーザ光の影響による
屈折率の変化を有する、上記流体を透過したプローブレ
ーザ光の時間変化を撮影する上記ストリークカメラを含
むプローブレーザ光撮影手段と、上記パルスレーザ光発
生手段のパルスレーザ光のタイミングに従って上記スト
リークカメラを制御する第1の撮影制御手段と、上記プ
ローブレーザ光撮影手段で得られた画像の画像処理を行
って、上記プローブレーザ光の強度の時間的変化から流
速分布を求める第1の測定処理手段と、上記ストリーク
カメラの画像をモニタする第1のモニタ手段と、を備え
たことを特徴とする請求項2に記載の流速分布測定装置
にある。
A fourth aspect of the present invention is directed to a fluid cell which forms the flow path to be measured and through which the fluid flows, and a direction in which the probe laser light is generated and which intersects with the flow direction of the fluid in the fluid cell. A probe laser light generating means for irradiating a probe laser light, and a pulse laser which generates the pulse laser light and transmits the pulse laser light to the fluid from a direction intersecting with the flow direction of the fluid in the fluid cell and also intersecting with the pulse laser light. Light generating means, probe laser light photographing means including the streak camera for photographing the time change of the probe laser light transmitted through the fluid, which has a change in refractive index due to the influence of the pulsed laser light, and the pulse laser light generation Means for controlling the streak camera according to the timing of the pulsed laser light of the means, and the probe laser light imaging First measurement processing means for performing image processing of the image obtained by the means to obtain a flow velocity distribution from the temporal change of the intensity of the probe laser light; and first monitoring means for monitoring the image of the streak camera. The flow velocity distribution measuring device according to claim 2, further comprising:

【0013】この発明の第5の発明は、上記被測定流路
を形成し上記流体が流れる流体セルと、上記プローブレ
ーザ光を発生し、上記流体セルの流体の流れの方向に交
差する方向にプローブレーザ光を照射するプローブレー
ザ光発生手段と、上記パルスレーザ光を発生し、上記流
体セルの流体の流れの方向と交差しかつ上記パルスレー
ザ光とも交差する方向から上記流体に透過させるパルス
レーザ光発生手段と、上記パルスレーザ光の影響による
屈折率の変化を有する、上記流体を透過したプローブレ
ーザ光と、上記パルスレーザ光発生手段からのプローブ
レーザ光を一部直接分岐させたそのままのプローブレー
ザ光とによる干渉縞を求める上記マッハツェンダ干渉計
を含む干渉縞形成手段と、上記マッハツェンダ干渉計か
らの干渉縞の時間的変化を撮影する上記高速ゲート付I
CCDカメラを含む干渉縞撮影手段と、上記パルスレー
ザ光発生手段のパルスレーザ光のタイミングに従って上
記高速ゲート付ICCDカメラを制御する第2の撮影制
御手段と、上記高速ゲート付ICCDカメラの画像を記
憶するメモリ手段と、上記干渉縞撮影手段で得られた画
像の画像処理を行って、上記干渉縞の時間的変化から流
速分布を求める第2の測定処理手段と、上記測定処理手
段で処理される画像をモニタする第2のモニタ手段と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の流速分布測
定装置にある。
A fifth aspect of the present invention is directed to a fluid cell which forms the flow path to be measured and through which the fluid flows, and a direction in which the probe laser beam is generated and which intersects the fluid flow direction of the fluid cell. A probe laser light generating means for irradiating a probe laser light, and a pulse laser which generates the pulse laser light and transmits the pulse laser light to the fluid from a direction intersecting with the flow direction of the fluid in the fluid cell and also intersecting with the pulse laser light. Light generating means, a probe laser light having a change in refractive index due to the influence of the pulsed laser light, which has passed through the fluid, and a probe in which the probe laser light from the pulsed laser light generating means is partially branched directly. Interference fringe forming means including the Mach-Zehnder interferometer for obtaining interference fringes with the laser light, and time of the interference fringes from the Mach-Zehnder interferometer I with the high-speed gate to shoot the change
Interference fringe photographing means including a CCD camera, second photographing control means for controlling the high speed gated ICCD camera according to the timing of the pulsed laser light of the pulsed laser light generation means, and images of the high speed gated ICCD camera are stored. Memory means for performing image processing of the image obtained by the interference fringe photographing means, and second measurement processing means for obtaining a flow velocity distribution from the temporal change of the interference fringes, and the measurement processing means. Second monitor means for monitoring the image,
The flow velocity distribution measuring device according to claim 3, further comprising:

【0014】この発明の第6の発明は、上記プローブレ
ーザ光発生手段とパルスレーザ光発生手段が、1台のレ
ーザ発生器からのレーザ光をレーザ光分岐手段により分
岐させ、上記プローブレーザ光およびチョッパ手段によ
りパルス化させて上記パルスレーザ光を得ることを特徴
とする請求項1ないし5のいずれかに記載の流速分布測
定装置にある。
According to a sixth aspect of the present invention, the probe laser light generating means and the pulse laser light generating means branch laser light from one laser generator by laser light branching means, and The flow velocity distribution measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the pulsed laser light is obtained by pulsing with a chopper means.

【0015】この発明の第7の発明は、上記パルスレー
ザ光として、短パルス幅のYAGレーザの第2高調波、
エキシマレーザ光、銅蒸気レーザ光のいずれかを用いた
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の
流速分布測定装置にある。
In a seventh aspect of the present invention, the pulsed laser light is the second harmonic of a YAG laser having a short pulse width,
The flow velocity distribution measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein either excimer laser light or copper vapor laser light is used.

【0016】この発明の第8の発明は、上記プローブレ
ーザ光として、連続発振色素レーザ光、Arレーザ光、
He−Neレーザ光、連続発振YAGレーザの第2高調
波のいずれかを用いたことを特徴とする請求項1ないし
5のいずれかに記載の流速分布測定装置にある。
An eighth invention of the present invention is that, as the probe laser light, a continuous wave dye laser light, an Ar laser light,
The flow velocity distribution measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein either He-Ne laser light or the second harmonic of a continuous wave YAG laser is used.

【0017】この発明の第9の発明は、測定対象物の被
測定流路に流れる流体にレーザ光を吸収する色素染料を
添加し、この流体にこれの流れの方向と交差する方向か
らパルスレーザ光を照射し、同様に上記流体の流れの方
向と交差しかつ上記パルスレーザ光とも交差する方向か
ら上記流体に透過されるプローブレーザ光を照射し、上
記パルスレーザ光により上記流体の屈折率を変化させ、
これによる屈折率分布を上記流体を透過したプローブレ
ーザ光から測定して上記被測定流路の流速分布を測定す
ることを特徴とする流速分布測定方法にある。
According to a ninth aspect of the present invention, a dye that absorbs laser light is added to a fluid flowing through a flow path to be measured of an object to be measured, and a pulse laser is added to the fluid from a direction intersecting the direction of the flow. Irradiating light, irradiating with probe laser light which is transmitted to the fluid from a direction that also intersects the flow direction of the fluid and also intersects with the pulsed laser light, and changes the refractive index of the fluid by the pulsed laser light. Change
The flow velocity distribution measuring method is characterized in that the flow velocity distribution in the flow path to be measured is measured by measuring the refractive index distribution thereby obtained from the probe laser light that has passed through the fluid.

【0018】この発明の第10の発明は、上記パルスレ
ーザ光が照射された上記流体に生じた屈折率の変化によ
る屈折率分布を、上記流体を透過したプローブレーザ光
の強度の時間的変化として測定することにより流速分布
を求めることを特徴とする請求項9に記載の流速分布測
定方法にある。
In a tenth aspect of the present invention, the refractive index distribution due to the change in the refractive index generated in the fluid irradiated with the pulsed laser light is defined as the temporal change in the intensity of the probe laser light transmitted through the fluid. The flow velocity distribution measuring method according to claim 9, wherein the flow velocity distribution is obtained by measuring.

【0019】この発明の第11の発明は、上記プローブ
レーザ光と、上記パルスレーザ光による屈折率の変化が
生じた上記流体を透過した上記プローブレーザ光とによ
る干渉縞を求め、屈折率分布を上記干渉縞の時間的変化
として測定することにより流速分布を求めることを特徴
とする請求項9に記載の流速分布測定方法にある。
An eleventh invention of the present invention obtains an interference fringe by the probe laser light and the probe laser light transmitted through the fluid in which the refractive index is changed by the pulse laser light and obtains a refractive index distribution. The flow velocity distribution measuring method according to claim 9, wherein the flow velocity distribution is obtained by measuring the change in the interference fringes with time.

【0020】この発明の第12の発明は、1台のレーザ
発生器からのレーザ光を分岐させ、上記プローブレーザ
光およびレーザ光をパルス化させて上記パルスレーザ光
を得ることを特徴とする請求項9ないし11のいずれか
に記載の流速分布測定方法にある。
A twelfth aspect of the present invention is characterized in that the laser light from one laser generator is branched and the probe laser light and the laser light are pulsed to obtain the pulsed laser light. Item 9 is the flow velocity distribution measuring method according to any one of items 9 to 11.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、各実施の形態に従って説明
する。 実施の形態1.図1は、この発明の実施の形態1による
流速分布測定装置の構成を示す図であり、(a)は平面
図、(b)は側面図を示す。図において、100aは流速
分布測定装置であり、21はプローブレーザ光に用いる
連続発振(CW)色素レーザ光を発生するCW色素レーザ
発生器、22はプローブレーザ光を拡大するビームエキ
スパンダ、23はプローブレーザ光を整形するスリッ
ト、4は被測定流路を形成する流体セルである。なお流
体セル4中には紙面と垂直方向に、後述するレーザ光を
吸収する色素染料を含む流体が流れている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The embodiments will be described below. Embodiment 1 FIG. 1A and 1B are diagrams showing a configuration of a flow velocity distribution measuring device according to Embodiment 1 of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a side view. In the figure, 100a is a flow velocity distribution measuring device, 21 is a CW dye laser generator for generating continuous wave (CW) dye laser light used for probe laser light, 22 is a beam expander for expanding the probe laser light, and 23 is Slits 4 for shaping the probe laser light are fluid cells forming a flow path to be measured. In the fluid cell 4, a fluid containing a pigment dye that absorbs laser light, which will be described later, flows in a direction perpendicular to the paper surface.

【0022】24はプローブレーザ光の光量絞り、25
は流体セル4の像をイメージリレーするためのイメージ
リレー光学系、26はプローブレーザ光のみを透過させ
る光学フィルタ、27は入射された像の高速な時間変化
を撮影するストリークカメラ(例えば浜松ホトニクス製
c2830型使用)である。
Reference numeral 24 is a diaphragm for the amount of probe laser light, and 25
Is an image relay optical system for image-relaying the image of the fluid cell 4, 26 is an optical filter that transmits only the probe laser light, and 27 is a streak camera (for example, manufactured by Hamamatsu Photonics) that captures a high-speed temporal change of the incident image. c2830 type).

【0023】28は励起光源(パルスレーザ光源)に用い
る短パルス幅YAGレーザ光の第2高調波発生器、29
は励起光(パルスレーザ光)の伝送光学系、30はストリ
ークカメラ27の動作タイミングを設定する遅延回路で
ある。
28 is a second harmonic generator of a short pulse width YAG laser beam used as an excitation light source (pulse laser light source), 29
Is a transmission optical system for pumping light (pulse laser light), and 30 is a delay circuit for setting the operation timing of the streak camera 27.

【0024】31はストリークカメラ27のカメラコン
トローラ(例えば浜松ホトニクス製C−CCD/IL使
用)、32はストリークカメラ27の画像を処理するパ
ソコンからなる画像処理部、10はモニタテレビであ
る。
Reference numeral 31 is a camera controller of the streak camera 27 (for example, using C-CCD / IL manufactured by Hamamatsu Photonics), 32 is an image processing unit composed of a personal computer for processing the image of the streak camera 27, and 10 is a monitor television.

【0025】なお、CW色素レーザ発生器21、ビーム
エキスパンダ22、スリット23がプローブレーザ光発
生手段を構成し、第2高調波発生器28、伝送光学系2
9がパルスレーザ光発生手段を構成し、光量絞り24、
イメージリレー光学系25、光学フィルタ26、ストリ
ークカメラ27がプローブレーザ光撮影手段を構成し、
遅延回路30、カメラコントローラ31が第1の撮影制
御手段を構成し、画像処理部32が第1の測定処理手段
を構成し、モニタテレビ10がモニタ手段を構成する。
The CW dye laser generator 21, the beam expander 22 and the slit 23 constitute a probe laser beam generating means, and the second harmonic wave generator 28 and the transmission optical system 2 are provided.
Reference numeral 9 constitutes a pulsed laser light generating means, and a light quantity diaphragm 24,
The image relay optical system 25, the optical filter 26, and the streak camera 27 constitute a probe laser light photographing means,
The delay circuit 30 and the camera controller 31 constitute a first photographing control means, the image processing section 32 constitutes a first measurement processing means, and the monitor television 10 constitutes a monitor means.

【0026】次に動作について説明する。パルスYAG
レーザ光の第2高調波発生器28から出射されるパルス
レーザ光からなる励起光を伝送光学系29により流体セ
ル4に照射する。一方、CW色素レーザ発生器21から
出射されるプローブレーザ光はビームエキスパンダ22
で拡大された後、スリット23で整形され流体セル4を
通過する。そして流体セル4中の流体を透過したプロー
ブレーザ光は、光量絞り24を経て、イメージリレー光
学系25により流体セル4の流体の像としてストリーク
カメラ27で撮影される。
Next, the operation will be described. Pulse YAG
The transmission optical system 29 irradiates the fluid cell 4 with excitation light composed of pulsed laser light emitted from the second harmonic generator 28 of the laser light. On the other hand, the probe laser light emitted from the CW dye laser generator 21 is emitted by the beam expander 22.
After being enlarged by, it is shaped by the slit 23 and passes through the fluid cell 4. Then, the probe laser light transmitted through the fluid in the fluid cell 4 is photographed by the streak camera 27 as an image of the fluid in the fluid cell 4 by the image relay optical system 25 through the light quantity diaphragm 24.

【0027】ストリークカメラ27は励起光が流体セル
4に入射される直前から動作を始めるように、第2高調
波発生器28からの信号により、励起光であるパルスレ
ーザ光のタイミングに従って遅延回路30とカメラコン
トローラ31とで制御される。
The streak camera 27 starts its operation immediately before the excitation light is incident on the fluid cell 4, and the delay circuit 30 is operated by the signal from the second harmonic generator 28 in accordance with the timing of the pulsed laser light as the excitation light. And the camera controller 31.

【0028】流体セル4に流れる流体には励起光である
レーザ光を吸収する色素が含まれている必要があり、も
との流体に含まれていない場合には添加する。ここで
は、流体にエチルアルコールを用い励起光を吸収させる
ために色素染料のRh6Gを添加した。色素濃度は0.
005mmol/L(ミリモル/リットル)として励起光
進行方向の流体幅3mmに対してほぼ均一に励起光を吸
収させる。この時生じる屈折率分布はプローブレーザ光
に対して熱レンズ(凹レンズ)を形成する。
The fluid flowing in the fluid cell 4 needs to contain a dye that absorbs the laser light that is the excitation light, and if it is not contained in the original fluid, it is added. Here, ethyl alcohol was used as the fluid, and Rh6G as a dye dye was added to absorb the excitation light. The dye concentration is 0.
The excitation light is absorbed almost uniformly for a fluid width of 3 mm in the excitation light traveling direction as 005 mmol / L (mmol / liter). The refractive index distribution generated at this time forms a thermal lens (concave lens) for the probe laser beam.

【0029】図2にこの凹レンズとストリークカメラ2
7に入射されるプローブレーザ光Pの時間的強度変化の
イメージを示し、図3にはこれをグラフ化したものを示
す。そして両図において、(a)は励起光入射前(t0)、
(b)は励起光入射時(t1)、(c)は励起光入射n秒後
(t2)の状態を示す。
FIG. 2 shows the concave lens and the streak camera 2.
7 shows an image of temporal intensity change of the probe laser beam P incident on the beam No. 7, and FIG. 3 shows a graph thereof. In both figures, (a) is before the excitation light is incident (t0),
(b) is when the excitation light is incident (t1), (c) is after the excitation light is incident for n seconds
The state of (t2) is shown.

【0030】この凹レンズによりプローブレーザ光Pは
拡大され(図2の(b)参照)、スリット24を透過する光
量が減衰する。しかし、この凹レンズは色素を含む流体
の流れとともに下流に移動するので、スリット24を透
過するプローブレーザ光量は時間とともに励起光を入射
する前に戻る。上述のプローブレーザ光量の変化をスト
リークカメラ27で撮影した画像を画像処理部32に読
み込む。
The concave lens enlarges the probe laser light P (see FIG. 2B) and attenuates the amount of light transmitted through the slit 24. However, since this concave lens moves downstream with the flow of the fluid containing the pigment, the amount of probe laser light that passes through the slit 24 returns with time before the excitation light is incident. An image captured by the streak camera 27 for the above-described change in the amount of probe laser light is read into the image processing unit 32.

【0031】図4の(a)にストリークカメラ27で撮影
した画像データのイメージ(ある強度以上の分布)を示
し、(b)にその画像データの処理例、(c)に得られた流
体分布例を示す。図に示す壁面からの距離がXa、X
b、Xc((a)参照)に相当する画像データから、励起光
入射からプローブレーザ光量(強度)が最も小さくなるま
での時間ta、tb、tc((b)参照)を読み取る。(c)
は、これらの時間の逆数が速度になるので、最大流速を
1としてプロットした図で流速分布を表している。
FIG. 4A shows an image of image data taken by the streak camera 27 (distribution above a certain intensity), FIG. 4B shows a processing example of the image data, and FIG. 4C shows the obtained fluid distribution. Here is an example: The distance from the wall shown in the figure is Xa, X
From the image data corresponding to b, Xc (see (a)), the times ta, tb, and tc (see (b)) from the incidence of the excitation light to the minimum probe laser light amount (intensity) are read. (c)
Represents the flow velocity distribution in the figure in which the maximum flow velocity is plotted as 1, since the reciprocal of these times is the velocity.

【0032】この測定例では流体セル4の幅の3mmを
ストリークカメラ27の300画素にイメージリレーし
たので、1画素は10μmとなるが、空間分解能はイメ
ージリレー光学系25で決まる空間分解能と、ストリー
クカメラ27の画素サイズ13μmの大きい方で決ま
る。また、この実施の形態では平均流速が15m/s以
下の測定を行ったので、ストリークカメラ27の掃引時
間は600μsとしたが、高流速の測定を行う場合は掃
引時間を短くしてさらに時間分解能を高めて行えばよ
い。
In this measurement example, 3 mm of the width of the fluid cell 4 was image-relayed to 300 pixels of the streak camera 27, so one pixel is 10 μm, but the spatial resolution is determined by the image relay optical system 25 and the streak. It is determined by the larger of the pixel size of the camera 27, 13 μm. In addition, in this embodiment, the average flow velocity was measured at 15 m / s or less, so the sweep time of the streak camera 27 was set to 600 μs. Should be raised.

【0033】なお、上記実施の形態1では色素染料にR
h6Gを用いたが、YAGレーザ光の第2高調波を吸引
させる色素染料にRhodamine系のRh101、
Rh19、RhB等のいずれかを用いても同様の効果が
得られる。
In the first embodiment, the pigment dye is R
Although h6G was used, a Rhodamine-based Rh101, which is a pigment dye that attracts the second harmonic of the YAG laser light,
The same effect can be obtained by using either Rh19 or RhB.

【0034】また、上記実施の形態1では励起光(パル
スレーザ光)はパルス発振でかつ高指向性、高輝度が要
求されるために短パルス幅のYAGレーザ光の第2高調
波発生器29を用いたが、発振波長が20nm短い銅蒸
気レーザ光を用いても、流体の色素濃度を色素染料の吸
収率に応じて約2倍のにすれば同様の効果が得られる。
また、エキシマレーザ光も使用可能であるが、この場合
には、エキシマレーザ光を吸収させる色素染料にCOU
MARIN系のCOUMARIN102やCOUMAR
IN152を用いることにより同様の効果が得られる。
In the first embodiment, the pumping light (pulse laser light) is required to have pulse oscillation and high directivity and high brightness. Therefore, the second harmonic generator 29 of the YAG laser light having a short pulse width is used. However, even if copper vapor laser light having an oscillation wavelength of 20 nm is used, the same effect can be obtained by doubling the dye concentration of the fluid according to the absorptivity of the dye.
Also, excimer laser light can be used, but in this case, COU is used as a dye that absorbs the excimer laser light.
MARUIN-based CUUMARIN 102 and CUUMAR
The same effect can be obtained by using IN152.

【0035】さらに上記実施の形態1ではプローブレー
ザ光はCW発振でかつ高指向性が要求されるためにCW
(連続発振)色素レーザ発生器21を用いたが、入手や取
り扱いが容易なHe−Neレーザ光、Arレーザ光、C
WのYAGレーザ光の第2高調波を用いても同様の効果
が得られる。
Further, in the first embodiment, the probe laser light is CW oscillation and high directivity is required.
(Continuous oscillation) The dye laser generator 21 was used, but He-Ne laser light, Ar laser light, C
The same effect can be obtained by using the second harmonic of the W YAG laser light.

【0036】実施の形態2.図5は、この発明の実施の
形態2による流速分布測定装置の構成を示す図であり、
(a)は平面図、(b)は側面図を示す。図において、10
0bは流速分布測定装置であり、40はCW(連続発振)
Arレーザ発生器、41はCWArレーザ光をプローブ
レーザ光用と励起光(パルスレーザ光)用に分岐するビー
ムスプリッタ、42は励起光の光路を変更するミラー、
43は励起光用に分岐したCWArレーザ光をパルス化
するチョッパ、44はチョッパ43を制御するチョッパ
コントローラである。他の構成要素は実施の形態1と同
一である。
Embodiment 2 5 is a diagram showing a configuration of a flow velocity distribution measuring device according to a second embodiment of the present invention,
(a) shows a plan view and (b) shows a side view. In the figure, 10
0b is a flow velocity distribution measuring device, 40 is CW (continuous oscillation)
An Ar laser generator, 41 is a beam splitter that splits CWAr laser light into probe laser light and excitation light (pulse laser light), and 42 is a mirror that changes the optical path of the excitation light.
Reference numeral 43 is a chopper for pulsing the CWAr laser light branched for the excitation light, and 44 is a chopper controller for controlling the chopper 43. The other components are the same as those in the first embodiment.

【0037】なお、ビームスプリッタ41およびミラー
42がレーザ光分岐手段を構成し、チョッパ43および
チョッパコントローラ44がチョッパ手段を構成する。
The beam splitter 41 and the mirror 42 form a laser beam splitting means, and the chopper 43 and the chopper controller 44 form a chopper means.

【0038】次に動作について説明する。CWArレー
ザ発生器40から出射されたレーザ光はビームスプリッ
タ41で1対99の割合でプローブレーザ光と励起光
(パルスレーザ光)に分岐される。励起光はミラー42で
光路変更した後、チョッパ43により短パルス幅のパル
ス光に変換される。ストリークカメラ27は励起光が流
体セル4に入射される直前から動作を始めるように、チ
ョッパ43のチョッパコントローラ44からの信号によ
り遅延回路30とカメラコントローラ31とで制御され
る。他の動作は実施の形態1と同一である。これによ
り、1台のレーザ発生器で実現可能となる。
Next, the operation will be described. The laser light emitted from the CWAr laser generator 40 is used as a probe laser light and an excitation light at a ratio of 1:99 by the beam splitter 41.
(Pulsed laser light). After the optical path of the excitation light is changed by the mirror 42, it is converted into pulsed light having a short pulse width by the chopper 43. The streak camera 27 is controlled by the delay circuit 30 and the camera controller 31 by a signal from the chopper controller 44 of the chopper 43 so that the streak camera 27 starts its operation immediately before the excitation light enters the fluid cell 4. Other operations are the same as those in the first embodiment. As a result, it can be realized with one laser generator.

【0039】なお、上記実施の形態2ではCWArレー
ザ発生器40を用いたが、CWのYAGレーザの第2高
調波を用いても同様の効果が得られる。
Although the CWAr laser generator 40 is used in the second embodiment, the same effect can be obtained by using the second harmonic of the CW YAG laser.

【0040】実施の形態3.図6は、この発明の実施の
形態3による流速分布測定装置の構成を示す図である。
図において、100cは流速分布測定装置であり、50
はマッハツェンダ干渉計で2枚のハーフミラー50a、
50d、2枚の全反射ミラー50b、50eおよび光路
長を補正するコンペンセータ50cで構成されている。
また、51はWC色素レーザ発生器21のプローブレー
ザ光のみを透過する光学フィルタ、52は流体セル4内
の流体の像を干渉縞として撮影する高速ゲート付ICC
Dカメラ(例えば浜松ホトニクス製C4346使用)であ
る。
Embodiment 3 FIG. 6 is a diagram showing the structure of a flow velocity distribution measuring device according to the third embodiment of the present invention.
In the figure, 100c is a flow velocity distribution measuring device, and 50
Is a Mach-Zehnder interferometer with two half mirrors 50a,
50d, two total reflection mirrors 50b and 50e, and a compensator 50c that corrects the optical path length.
Further, 51 is an optical filter that transmits only the probe laser light of the WC dye laser generator 21, and 52 is an ICC with a high-speed gate that captures an image of the fluid in the fluid cell 4 as interference fringes.
It is a D camera (for example, C4346 manufactured by Hamamatsu Photonics is used).

【0041】53は高速ゲート付ICCDカメラ52の
カメラコントローラ(例えば浜松ホトニクス製C292
5使用)、54は高速ゲート付ICCDカメラ52の画
像を格納するメモリ(例えばマイクロテクニカ製KKT
IF−66A使用)、55は画像処理部(例えばPIAS
社製LA−525使用)、そして29aは励起光を矩形
に整形するスリットである。なお、その他の上記実施の
形態と同一符号で示されている部分は同一もしくは相当
部分を示す。
Reference numeral 53 denotes a camera controller of the ICCD camera 52 with a high speed gate (for example, C292 manufactured by Hamamatsu Photonics).
5 use), 54 is a memory for storing the image of the ICCD camera 52 with a high speed gate (for example, KKT manufactured by Microtechnica)
IF-66A is used), 55 is an image processing unit (for example, PIAS)
LA-525 manufactured by the company is used), and 29a is a slit for shaping the excitation light into a rectangular shape. It should be noted that the other parts denoted by the same reference numerals as those in the above-mentioned embodiment indicate the same or corresponding parts.

【0042】なお、CW色素レーザ発生器21およびビ
ームエキスパンダ22がプローブレーザ光発生手段を構
成し、第2高調波発生器28、伝送光学系29、スリッ
ト29aがパルスレーザ光発生手段を構成し、マッハツ
ェンダ干渉計50が干渉縞形成手段を構成し、イメージ
リレー光学系25、光学フィルタ51、高速ゲート付I
CCDカメラ52が干渉縞撮影手段を構成し、遅延回路
30およびカメラコントローラ53が第2の撮影制御手
段を構成し、メモリ54がメモリ手段を構成し、画像処
理部55が第2の測定処理手段を構成し、モニタテレビ
10が第2のモニタ手段を構成する。
The CW dye laser generator 21 and the beam expander 22 compose probe laser light generating means, and the second harmonic generator 28, the transmission optical system 29, and the slit 29a compose pulse laser light generating means. , The Mach-Zehnder interferometer 50 constitutes the interference fringe forming means, and the image relay optical system 25, the optical filter 51, and the high speed gated I
The CCD camera 52 constitutes the interference fringe photographing means, the delay circuit 30 and the camera controller 53 constitute the second photographing control means, the memory 54 constitutes the memory means, and the image processing section 55 constitutes the second measurement processing means. And the monitor television 10 constitutes a second monitor means.

【0043】次に動作について説明する。短パルス幅の
YAGレーザの第2高調波発生器28から出射した励起
光(パルスレーザ光)が、伝送光学系29を経て、スリッ
ト29aで強度分布を整形された後、流体セル4内の流
体に照射される。
Next, the operation will be described. The excitation light (pulse laser light) emitted from the second harmonic generator 28 of the YAG laser having a short pulse width passes through the transmission optical system 29, the intensity distribution is shaped by the slit 29a, and then the fluid in the fluid cell 4 Is irradiated.

【0044】一方、CW色素レーザ発生器21から出射
されるプローブレーザ光はビームエキスパンダ22で拡
大された後、マッハツェンダ干渉計50を構成するハー
フミラー50aを介して流体セル4を通過後、全反射ミ
ラー50eで反射される光路(試験光路)と、ハーフミラ
ー50aで反射された後、全反射ミラー50bを経て、
コンペンセータ50cを通過する光路(参照光路)に分岐
され、ハーフミラー50dで再び結合する際に干渉が生
じる。
On the other hand, after the probe laser light emitted from the CW dye laser generator 21 is expanded by the beam expander 22, it passes through the fluid cell 4 via the half mirror 50a which constitutes the Mach-Zehnder interferometer 50, and then the whole. After passing through an optical path (test optical path) reflected by the reflection mirror 50e and after being reflected by the half mirror 50a, a total reflection mirror 50b,
Interference occurs when the light is split into an optical path (reference optical path) passing through the compensator 50c and is coupled again by the half mirror 50d.

【0045】全反射ミラー50b、50eおよびハーフ
ミラー50a、50dの傾きを調整することにより、こ
の干渉縞の間隔と方向を任意に調整できるが、ここでは
図7の(a)に示すように、干渉縞の時間変化が容易に分
かるように干渉縞を流体の流れと平行になるように調整
する。
By adjusting the inclinations of the total reflection mirrors 50b and 50e and the half mirrors 50a and 50d, the interval and the direction of the interference fringes can be arbitrarily adjusted. Here, as shown in FIG. The interference fringes are adjusted so as to be parallel to the fluid flow so that the time change of the interference fringes can be easily seen.

【0046】流体セル4内の流体の干渉縞としてイメー
ジリレー光学系25からのプローブレーザ光を光学フィ
ルタ51を介して高速ゲート付ICCDカメラ52で撮
影する。高速ゲート付ICCDカメラ52で撮影するタ
イミングは、パルスYAGレーザの第2高調波発生器2
8からの信号により、励磁光であるパルスレーザ光のタ
イミングに従って遅延回路30とカメラコントローラ5
3とで制御する。
A probe laser beam from the image relay optical system 25 is taken as an interference fringe of the fluid in the fluid cell 4 by an ICCD camera 52 with a high speed gate through an optical filter 51. The timing of photographing with the ICCD camera 52 with a high-speed gate is the second harmonic generator 2 of the pulse YAG laser.
The delay circuit 30 and the camera controller 5 according to the timing of the pulsed laser light, which is the exciting light, by the signal from 8
Control with 3.

【0047】上述の実施の形態と同様に、ここでも流体
にエチルアルコールを用い励起光を吸収させるために色
素染料のRh6Gを添加した。色素濃度は0.005m
mol/Lとして励起光進行方向の流体幅3mmに対し
てほぼ均一に励起光を吸収させるようにした。これによ
り流体に屈折率分布が生じ、参照光路と試験光路の光路
差が干渉縞の変化となって観測できる。
Similar to the above-mentioned embodiment, here, ethyl alcohol is used as the fluid, and Rh6G, which is a pigment dye, is added in order to absorb the excitation light. Dye density is 0.005m
As the mol / L, the excitation light was absorbed almost uniformly with respect to the fluid width of 3 mm in the excitation light traveling direction. As a result, a refractive index distribution is generated in the fluid, and the optical path difference between the reference optical path and the test optical path can be observed as changes in interference fringes.

【0048】励起光入射時の干渉縞の画像を高速ゲート
付ICCDカメラ52で撮影し、メモリ54に記憶す
る。次に遅延回路30により遅延時間の設定を行い、励
起光入射から△t時間後(遅延時間)の干渉縞を同様にし
てメモリ54に記憶する。図7の(a)に励起光が無い時
の干渉縞、(b)に励起光入射時すなわち遅延時間0の時
の干渉縞の変化を示し、(c)に遅延時間△tの干渉縞の
変化を示す。
An image of interference fringes when the excitation light is incident is taken by the ICCD camera 52 with a high speed gate and stored in the memory 54. Next, the delay time is set by the delay circuit 30, and the interference fringes after Δt time (delay time) from the excitation light incidence are similarly stored in the memory 54. 7A shows the interference fringes when there is no excitation light, FIG. 7B shows the change of the interference fringes when the excitation light is incident, that is, when the delay time is 0, and FIG. 7C shows the interference fringes at the delay time Δt. Show changes.

【0049】画像処理部55でこの2つの画像から遅延
時間△tで壁面からの距離がXn位置にある干渉縞が移
動する距離1nを測定すれば流速Vnが求められる。流
速Vnは次式で求められる。
The flow velocity Vn can be obtained by measuring the distance 1n at which the interference fringes at the distance Xn from the wall surface move with the delay time Δt from the two images in the image processing unit 55. The flow velocity Vn is calculated by the following equation.

【0050】 Vn=1n/△t [m/s] ・・・(1)Vn = 1n / Δt [m / s] (1)

【0051】上記のことから図7の(d)に示すように流
速分布を求めることができる。なお、上記実施の形態3
では色素染料にRh6Gを用いたが、実施の形態1で述
べたのと同様に、YAGレーザ光の第2高調波を吸引さ
せる色素染料にRhodamine系のRh101、R
h19、RhB等のいずれかを用いても同様の効果が得
られる。
From the above, the flow velocity distribution can be obtained as shown in FIG. 7 (d). The third embodiment
Then, Rh6G was used as the pigment dye, but as in the first embodiment, the Rhodamine-based Rh101, Rh was used as the pigment dye for attracting the second harmonic of the YAG laser light.
The same effect can be obtained by using either h19 or RhB.

【0052】また、上記実施の形態3では励起光(パル
スレーザ光)はパルス発振でかつ高指向性、高輝度が要
求されるために短パルス幅のYAGレーザ光の第2高調
波発生器29を用いたが、実施の形態1と同様に銅蒸気
レーザ光あるいはキシマレーザ光も使用可能である。
In the third embodiment, the pumping light (pulse laser light) is required to have pulse oscillation, high directivity and high brightness. Therefore, the second harmonic generator 29 of the YAG laser light having a short pulse width is used. However, copper vapor laser light or ximer laser light can also be used as in the first embodiment.

【0053】さらに上記実施の形態3ではプローブレー
ザ光はCW発振でかつ高指向性が要求されるためにCW
(連続発振)色素レーザ発生器21を用いたが、実施の形
態1と同様に、入手や取り扱いが容易なHe−Neレー
ザ光、Arレーザ光、CWのYAGレーザ光の第2高調
波を用いてもよい。
Further, in the above-mentioned third embodiment, the probe laser light is CW oscillation and high directivity is required.
(Continuous oscillation) The dye laser generator 21 was used, but similarly to the first embodiment, the second harmonic of the He-Ne laser light, the Ar laser light, and the CW YAG laser light, which are easy to obtain and handle, is used. May be.

【0054】実施の形態4.図8は、この発明の実施の
形態4による流速分布測定装置の構成を示す図である。
図において、100dは流速分布測定装置であり、40
はCW(連続発振)Arレーザ発生器、41はCWArレ
ーザ光をプローブレーザ光用と励起光(パルスレーザ光)
用に分岐するビームスプリッタ、42は励起光の光路を
変更するミラーである。
Embodiment 4 FIG. 8 is a diagram showing the configuration of a flow velocity distribution measuring device according to the fourth embodiment of the present invention.
In the figure, 100d is a flow velocity distribution measuring device,
CW (continuous wave) Ar laser generator, 41 CWAr laser light for probe laser light and excitation light (pulse laser light)
A beam splitter 42 for splitting the light is used as a beam splitter, and 42 is a mirror for changing the optical path of the excitation light.

【0055】43は励起光用に分岐したCWArレーザ
光をパルス化するチョッパ、44はチョッパ43を制御
するチョッパコントローラである。他の構成要素は実施
の形態3と同一である。すなわちこの実施の形態4は、
実施の形態3に実施の形態2と同じ変形を施したもので
ある。
Reference numeral 43 is a chopper for pulsating the CWAr laser light branched for the excitation light, and 44 is a chopper controller for controlling the chopper 43. The other components are the same as those in the third embodiment. That is, the fourth embodiment is
The same modification as the second embodiment is applied to the third embodiment.

【0056】なお、ビームスプリッタ41およびミラー
42がレーザ光分岐手段を構成し、チョッパ43および
チョッパコントローラ44がチョッパ手段を構成する。
The beam splitter 41 and the mirror 42 form a laser beam splitting means, and the chopper 43 and the chopper controller 44 form a chopper means.

【0057】次に動作について説明する。CWArレー
ザ発生器40から出射されたレーザ光はビームスプリッ
タ41で1対99の割合でプローブレーザ光と励起光
(パルスレーザ光)に分岐される。励起光はミラー42で
光路変更した後、チョッパー43により短パルス幅のパ
ルス光に変換される。高速ゲート付ICCDカメラ52
の動作は、チョッパ43のチョッパコントローラ44か
らの信号により遅延回路30とカメラコントローラ53
とで制御する。他の動作は実施の形態3と同一である。
これにより、1台のレーザ発生器でこの発明の流速分布
測定装置が実現可能となる。
Next, the operation will be described. The laser light emitted from the CWAr laser generator 40 is used as a probe laser light and an excitation light at a ratio of 1:99 by the beam splitter 41.
(Pulsed laser light). After the optical path of the excitation light is changed by the mirror 42, the chopper 43 converts the excitation light into pulsed light having a short pulse width. ICCD camera 52 with high speed gate
Is operated by the signal from the chopper controller 44 of the chopper 43 and the delay circuit 30 and the camera controller 53.
Control with and. Other operations are the same as those in the third embodiment.
As a result, the flow velocity distribution measuring device of the present invention can be realized with one laser generator.

【0058】なお、上記実施の形態4ではCWArレー
ザ発生器40を用いたが、CWのYAGレーザの第2高
調波を用いても同様の効果が得られる。
Although the CWAr laser generator 40 is used in the fourth embodiment, the same effect can be obtained by using the second harmonic of the CW YAG laser.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上のようにこの発明の第1ないし第5
の発明では、測定対象物の被測定流路に流れるレーザ光
を吸収する色素を含む流体にこれの流れの方向と交差す
る方向からパルスレーザ光を照射し、同様に上記流体の
流れの方向と交差しかつ上記パルスレーザ光とも交差す
る方向から上記流体に透過されるプローブレーザ光を照
射し、上記パルスレーザ光により上記流体の屈折率を変
化させ、これによる屈折率分布を上記流体を透過した上
記プローブレーザ光から測定して被測定流路の流速分布
を測定するようにしたので、測定対象物の被測定流路の
流速分布を、非接触で、測定対象物からフィルタ等を取
り外すことなくそのままの状態で、また従来のように固
体のトレーサを使用しないので、測定対象物に損傷を与
えたり、流体の特性に影響を与えることなく実施可能
な、信頼性が高くかつ現状に則した正確な測定が行える
流速分布測定装置を提供できる等の効果が得られる。
As described above, the first to fifth aspects of the present invention are as follows.
In the invention, the pulsed laser light is applied to the fluid containing the dye that absorbs the laser light flowing in the measurement target flow path of the measurement object from the direction intersecting the flow direction of the fluid, and the flow direction of the fluid is similarly changed. The probe laser light that is transmitted through the fluid is irradiated from a direction that intersects and also intersects with the pulse laser light, the refractive index of the fluid is changed by the pulse laser light, and the refractive index distribution thereby is transmitted through the fluid. Since the flow velocity distribution of the measurement target flow channel is measured by measuring from the probe laser beam, the flow velocity distribution of the measurement target flow channel of the measurement target is non-contact, without removing a filter or the like from the measurement target. As it is and without using a solid tracer as in the past, it can be performed without damaging the measuring object or affecting the characteristics of the fluid. Effects such that can provide velocity distribution measuring apparatus capable of performing accurate measurement conforming to the present state is obtained.

【0060】またこの発明の第6の発明では、1台のレ
ーザ発生器からのレーザ光をレーザ光分岐手段により分
岐させ、プローブレーザ光およびチョッパ手段によりパ
ルス化させてパルスレーザ光をそれぞれ得るようにした
ので、レーザ発生器が1台で実現でき、より安価な流速
分布測定装置を提供できる等の効果が得られる。
In the sixth aspect of the present invention, the laser light from one laser generator is branched by the laser light branching means and pulsed by the probe laser light and the chopper means to obtain pulsed laser light respectively. Therefore, it is possible to realize a single laser generator and to provide an inexpensive flow velocity distribution measuring device.

【0061】またこの発明の第7および第8の発明で
は、パルスレーザ光およびプローブレーザ光の光源をそ
れぞれ選択することができるので、より実施が容易で自
由度のある流速分布測定装置を提供できる等の効果が得
られる。
Further, in the seventh and eighth aspects of the present invention, since the light sources of the pulsed laser light and the probe laser light can be selected respectively, it is possible to provide a flow velocity distribution measuring device which is easier to implement and has more flexibility. And so on.

【0062】またこの発明の第9ないし11の発明で
は、測定対象物の被測定流路に流れる流体にレーザ光を
吸収する色素染料を添加し、この流体にこれの流れの方
向と交差する方向からパルスレーザ光を照射し、同様に
上記流体の流れの方向と交差しかつ上記パルスレーザ光
とも交差する方向から上記流体に透過されるプローブレ
ーザ光を照射し、上記パルスレーザ光により上記流体の
屈折率を変化させ、これによる屈折率分布を上記流体を
透過したプローブレーザ光から測定して被測定流路の流
速分布を測定するようにしたので、測定対象物の被測定
流路の流速分布を、非接触で、測定対象物からフィルタ
等を取り外すことなくそのままの状態で、また従来のよ
うに固体のトレーサを使用しないので、測定対象物に損
傷を与えたり、流体の特性に影響を与えることなく実施
可能な、信頼性が高くかつ現状に則した正確な測定が行
える流速分布測定方法を提供できる等の効果が得られ
る。
According to the ninth to eleventh aspects of the present invention, a dye that absorbs laser light is added to the fluid flowing through the flow path to be measured of the object to be measured, and the fluid intersects with the direction of flow of the dye. From the pulsed laser light, similarly irradiating a probe laser light that is transmitted to the fluid from a direction that intersects the flow direction of the fluid and also intersects the pulsed laser light, Since the refractive index is changed and the resulting refractive index distribution is measured from the probe laser beam that has passed through the fluid to measure the flow velocity distribution in the measured flow path, the flow velocity distribution in the measured flow path of the measurement target object is measured. Is non-contact, without removing the filter etc. from the object to be measured, and because a solid tracer is not used as in the past, damage to the object to be measured or fluid Practicable without affecting the properties, effects such as capable of providing the flow velocity distribution measuring method capable of performing accurate measurement reliability conforming to high and current is obtained.

【0063】そしてこの発明の第12の発明では、1台
のレーザ発生器からのレーザ光を分岐させ、プローブレ
ーザ光およびレーザ光をパルス化させてパルスレーザ光
を得るようにしたので、レーザ発生器が1台で実現で
き、より容易に実行可能な流速分布測定方法を提供でき
る等の効果が得られる。
In the twelfth aspect of the present invention, since the laser light from one laser generator is branched and the probe laser light and the laser light are pulsed to obtain the pulsed laser light, the laser generation is performed. It is possible to realize with a single device, and it is possible to provide an effect that a flow velocity distribution measuring method that can be more easily executed can be provided.

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

【図1】 この発明の実施の形態1の流速分布測定装置
の構成を示す図で、(a)が平面図、(b)が側面図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a flow velocity distribution measuring device according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a side view.

【図2】 この発明の実施の形態1における凹レンズと
ストリークカメラに入射されるプローブレーザ光の時間
的強度変化のイメージを示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing an image of temporal intensity change of probe laser light incident on a concave lens and a streak camera according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 図2のプローブレーザ光の時間的強度変化を
グラフ化した図である。
3 is a graph showing a temporal intensity change of the probe laser light of FIG.

【図4】 この発明の実施の形態1で測定されるストリ
ークカメラの画像データと画像処理方法と流速分布例を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing image data of a streak camera, an image processing method, and an example of a flow velocity distribution measured in the first embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態2の流速分布測定装置
の構成を示す図で、(a)が平面図、(b)が側面図であ
る。
5A and 5B are diagrams showing a configuration of a flow velocity distribution measuring device according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a side view.

【図6】 この発明の実施の形態3の流速分布測定装置
の構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a flow velocity distribution measuring device according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の実行実施例3で測定される干渉縞
の時間変化と流速分布に処理した結果を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a time change of interference fringes measured in a third embodiment of the present invention and a result of processing into a flow velocity distribution.

【図8】 この発明の実施の形態4の流速分布測定装置
の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a flow velocity distribution measuring device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】 従来の流速分布測定装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional flow velocity distribution measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 流体セル、10 モニタテレビ、21 CW色素レ
ーザ発生器、27 ストリークカメラ、28 パルスY
MGレーザの第2高調波発生器、32、55画像処理
部、40 CWArレーザ発生器、41 ビームスプリ
ッタ、42 ミラー、43 チョッパ、50 マッハツ
ェンダ干渉計、52 高速ゲート付ICCDカメラ、5
4 メモリ、100a〜100d 流速分布測定測定。
4 fluid cell, 10 monitor TV, 21 CW dye laser generator, 27 streak camera, 28 pulse Y
Second harmonic generator of MG laser, 32, 55 image processing unit, 40 CWAr laser generator, 41 beam splitter, 42 mirror, 43 chopper, 50 Mach-Zehnder interferometer, 52 ICCD camera with high speed gate, 5
4 memory, 100a-100d Flow velocity distribution measurement measurement.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象物の被測定流路に流れるレーザ
光を吸収する色素を含む流体にこれの流れの方向と交差
する方向からパルスレーザ光を照射し、同様に上記流体
の流れの方向と交差しかつ上記パルスレーザ光とも交差
する方向から上記流体に透過されるプローブレーザ光を
照射し、上記パルスレーザ光により上記流体の屈折率を
変化させ、これによる屈折率分布を上記流体を透過した
上記プローブレーザ光から測定して上記被測定流路の流
速分布を測定することを特徴とする流速分布測定装置。
1. A pulsed laser beam is applied to a fluid containing a dye that absorbs a laser beam flowing through a flow path to be measured of an object to be measured, in a direction intersecting with the flow direction of the fluid, and the flow direction of the fluid is similarly measured. The probe laser light that is transmitted through the fluid is irradiated from a direction that intersects with the pulse laser light, and the pulse laser light changes the refractive index of the fluid. A flow velocity distribution measuring device, characterized in that the flow velocity distribution in the flow path to be measured is measured by measuring from the probe laser beam.
【請求項2】 上記パルスレーザ光が照射された上記流
体に生じた屈折率の変化による屈折率分布を、ストリー
クカメラで上記プローブレーザ光の強度の時間的変化と
して測定することにより流速分布を求めることを特徴と
する請求項1に記載の流速分布測定装置。
2. The flow velocity distribution is obtained by measuring the refractive index distribution due to the change in the refractive index generated in the fluid irradiated with the pulsed laser light as a temporal change in the intensity of the probe laser light with a streak camera. The flow velocity distribution measuring device according to claim 1, characterized in that.
【請求項3】 上記プローブレーザ光と、上記パルスレ
ーザ光による屈折率の変化が生じた上記流体を透過した
上記プローブレーザ光とによる干渉縞をマッハツェンダ
干渉計で求め、屈折率分布を高速ゲート付ICCDカメ
ラで上記干渉縞の時間的変化として測定することにより
流速分布を求めることを特徴とする請求項1に記載の流
速分布測定装置。
3. The Mach-Zehnder interferometer is used to obtain interference fringes formed by the probe laser beam and the probe laser beam transmitted through the fluid in which the refractive index has changed due to the pulsed laser beam, and the refractive index distribution is provided with a high-speed gate. The flow velocity distribution measuring device according to claim 1, wherein the flow velocity distribution is obtained by measuring the change in the interference fringes with time with an ICCD camera.
【請求項4】 上記被測定流路を形成し上記流体が流れ
る流体セルと、 上記プローブレーザ光を発生し、上記流体セルの流体の
流れの方向に交差する方向にプローブレーザ光を照射す
るプローブレーザ光発生手段と、 上記パルスレーザ光を発生し、上記流体セルの流体の流
れの方向と交差しかつ上記パルスレーザ光とも交差する
方向から上記流体に透過させるパルスレーザ光発生手段
と、 上記パルスレーザ光の影響による屈折率の変化を有す
る、上記流体を透過したプローブレーザ光の時間変化を
撮影する上記ストリークカメラを含むプローブレーザ光
撮影手段と、 上記パルスレーザ光発生手段のパルスレーザ光のタイミ
ングに従って上記ストリークカメラを制御する第1の撮
影制御手段と、 上記プローブレーザ光撮影手段で得られた画像の画像処
理を行って、上記プローブレーザ光の強度の時間的変化
から流速分布を求める第1の測定処理手段と、 上記ストリークカメラの画像をモニタする第1のモニタ
手段と、 を備えたことを特徴とする請求項2に記載の流速分布測
定装置。
4. A fluid cell which forms the flow path to be measured and through which the fluid flows, and a probe which emits the probe laser light and irradiates the probe laser light in a direction intersecting the direction of the fluid flow of the fluid cell. Laser light generating means, pulsed laser light generating means for generating the pulsed laser light, and transmitting the pulsed laser light to the fluid from a direction that intersects with the flow direction of the fluid in the fluid cell and also intersects with the pulsed laser light; A probe laser light photographing means including the streak camera for photographing the time change of the probe laser light transmitted through the fluid, which has a change in the refractive index due to the influence of the laser light, and the timing of the pulse laser light of the pulse laser light generating means. A first photographing control means for controlling the streak camera according to the above, and an image obtained by the probe laser light photographing means. A first measurement processing unit that performs image processing to obtain a flow velocity distribution from a temporal change in the intensity of the probe laser beam; and a first monitoring unit that monitors the image of the streak camera. The flow velocity distribution measuring device according to claim 2.
【請求項5】 上記被測定流路を形成し上記流体が流れ
る流体セルと、 上記プローブレーザ光を発生し、上記流体セルの流体の
流れの方向に交差する方向にプローブレーザ光を照射す
るプローブレーザ光発生手段と、 上記パルスレーザ光を発生し、上記流体セルの流体の流
れの方向と交差しかつ上記パルスレーザ光とも交差する
方向から上記流体に透過させるパルスレーザ光発生手段
と、 上記パルスレーザ光の影響による屈折率の変化を有す
る、上記流体を透過したプローブレーザ光と、上記パル
スレーザ光発生手段からのプローブレーザ光を一部直接
分岐させたそのままのプローブレーザ光とによる干渉縞
を求める上記マッハツェンダ干渉計を含む干渉縞形成手
段と、 上記マッハツェンダ干渉計からの干渉縞の時間的変化を
撮影する上記高速ゲート付ICCDカメラを含む干渉縞
撮影手段と、 上記パルスレーザ光発生手段のパルスレーザ光のタイミ
ングに従って上記高速ゲート付ICCDカメラを制御す
る第2の撮影制御手段と、 上記高速ゲート付ICCDカメラの画像を記憶するメモ
リ手段と、 上記干渉縞撮影手段で得られた画像の画像処理を行っ
て、上記干渉縞の時間的変化から流速分布を求める第2
の測定処理手段と、 上記測定処理手段で処理される画像をモニタする第2の
モニタ手段と、 を備えたことを特徴とする請求項3に記載の流速分布測
定装置。
5. A fluid cell that forms the flow path to be measured and through which the fluid flows, and a probe that emits the probe laser light and irradiates the probe laser light in a direction intersecting the direction of the fluid flow of the fluid cell. Laser light generating means, pulsed laser light generating means for generating the pulsed laser light, and transmitting the pulsed laser light to the fluid from a direction that intersects with the flow direction of the fluid in the fluid cell and also intersects with the pulsed laser light; Interference fringes due to the probe laser light that has a change in the refractive index due to the influence of the laser light and has passed through the fluid, and the probe laser light that has been obtained by directly branching the probe laser light from the pulse laser light generation means. Interference fringe forming means including the Mach-Zehnder interferometer to be obtained, and photographing the temporal change of the interference fringe from the Mach-Zehnder interferometer An interference fringe photographing means including an ICCD camera with a high speed gate; a second photographing control means for controlling the ICCD camera with a high speed gate in accordance with the timing of the pulsed laser light of the pulsed laser light generating means; and an ICCD camera with a high speed gate. A memory means for storing an image, and image processing of the image obtained by the interference fringe photographing means to obtain a flow velocity distribution from a temporal change of the interference fringe.
4. The flow velocity distribution measuring device according to claim 3, further comprising: a measurement processing unit of 1. and a second monitor unit that monitors an image processed by the measurement processing unit.
【請求項6】 上記プローブレーザ光発生手段とパルス
レーザ光発生手段が、1台のレーザ発生器からのレーザ
光をレーザ光分岐手段により分岐させ、上記プローブレ
ーザ光およびチョッパ手段によりパルス化させて上記パ
ルスレーザ光を得ることを特徴とする請求項1ないし5
のいずれかに記載の流速分布測定装置。
6. The probe laser light generating means and the pulse laser light generating means branch laser light from one laser generator by laser light branching means and pulse it by the probe laser light and chopper means. 6. The pulsed laser light is obtained, and the pulsed laser light is obtained.
The flow velocity distribution measuring device according to any one of 1.
【請求項7】 上記パルスレーザ光として、短パルス幅
のYAGレーザ光の第2高調波、エキシマレーザ光、銅
蒸気レーザ光のいずれかを用いたことを特徴とする請求
項1ないし5のいずれかに記載の流速分布測定装置。
7. The pulse laser light is any one of the second harmonic of YAG laser light having a short pulse width, excimer laser light, and copper vapor laser light. The flow velocity distribution measuring device according to Crab.
【請求項8】 上記プローブレーザ光として、連続発振
色素レーザ光、Arレーザ光、He−Neレーザ光、連
続発振YAGレーザの第2高調波のいずれかを用いたこ
とを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の流
速分布測定装置。
8. The probe laser light is any one of continuous wave dye laser light, Ar laser light, He—Ne laser light, and second harmonic of continuous wave YAG laser. 6. The flow velocity distribution measuring device according to any one of 1 to 5.
【請求項9】 測定対象物の被測定流路に流れる流体に
レーザ光を吸収する色素染料を添加し、この流体にこれ
の流れの方向と交差する方向からパルスレーザ光を照射
し、同様に上記流体の流れの方向と交差しかつ上記パル
スレーザ光とも交差する方向から上記流体に透過される
プローブレーザ光を照射し、上記パルスレーザ光により
上記流体の屈折率を変化させ、これによる屈折率分布を
上記流体を透過したプローブレーザ光から測定して上記
被測定流路の流速分布を測定することを特徴とする流速
分布測定方法。
9. A dye that absorbs laser light is added to a fluid flowing through a flow path to be measured of an object to be measured, and the fluid is irradiated with pulsed laser light from a direction intersecting with the flow direction of the fluid. A probe laser beam that is transmitted through the fluid is irradiated from a direction that intersects with the flow direction of the fluid and also intersects with the pulse laser beam, and the pulse laser beam changes the refractive index of the fluid. A flow velocity distribution measuring method, characterized in that the flow velocity distribution in the flow path to be measured is measured by measuring the distribution from probe laser light that has passed through the fluid.
【請求項10】 上記パルスレーザ光が照射された上記
流体に生じた屈折率の変化による屈折率分布を、上記流
体を透過したプローブレーザ光の強度の時間的変化とし
て測定することにより流速分布を求めることを特徴とす
る請求項9に記載の流速分布測定方法。
10. A flow velocity distribution is obtained by measuring a refractive index distribution due to a change in the refractive index generated in the fluid irradiated with the pulsed laser light as a temporal change in the intensity of the probe laser light transmitted through the fluid. The flow velocity distribution measuring method according to claim 9, which is obtained.
【請求項11】 上記プローブレーザ光と、上記パルス
レーザ光による屈折率の変化が生じた上記流体を透過し
た上記プローブレーザ光とによる干渉縞を求め、屈折率
分布を上記干渉縞の時間的変化として測定することによ
り流速分布を求めることを特徴とする請求項9に記載の
流速分布測定方法。
11. An interference fringe formed by the probe laser beam and the probe laser beam transmitted through the fluid in which a change in the refractive index due to the pulsed laser beam is generated, and a refractive index distribution is temporally changed in the interference fringe. The flow velocity distribution measuring method according to claim 9, wherein the flow velocity distribution is obtained by measuring as.
【請求項12】 1台のレーザ発生器からのレーザ光を
分岐させ、上記プローブレーザ光およびレーザ光をパル
ス化させて上記パルスレーザ光を得ることを特徴とする
請求項9ないし11のいずれかに記載の流速分布測定方
法。
12. The pulsed laser light is obtained by branching laser light from one laser generator and pulsating the probe laser light and the laser light. The method for measuring the flow velocity distribution described in.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011503591A (en) * 2007-11-14 2011-01-27 ディグメザ アクチエンゲゼルシャフト Method and apparatus for determining the flow rate of a flowing liquid
CN107272195A (en) * 2017-07-27 2017-10-20 英诺激光科技股份有限公司 A kind of method of utilization laser-adjusting optical system wavefront distribution

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