JPH09281134A - Laser current meter - Google Patents

Laser current meter

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JPH09281134A
JPH09281134A JP8655996A JP8655996A JPH09281134A JP H09281134 A JPH09281134 A JP H09281134A JP 8655996 A JP8655996 A JP 8655996A JP 8655996 A JP8655996 A JP 8655996A JP H09281134 A JPH09281134 A JP H09281134A
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JP
Japan
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laser
measured
fluid
velocity
output
Prior art date
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Application number
JP8655996A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuji Iwamoto
勝治 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP8655996A priority Critical patent/JPH09281134A/en
Publication of JPH09281134A publication Critical patent/JPH09281134A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser current meter enabling simple and accurate measurement of the velocity and the direction of a flow of a fluid to be measured and being small-sized, compact and excellent in mobility. SOLUTION: In the laser current meter 11, a scanning optical system 16 has two semiconductor lasers 12a and 12b, collimators 13a and 13b whereby laser lights 1a and 1b outputted from the semiconductor lasers 12a and 12b respectively are made parallel light fluxes, a beam splitter 14 splitting at least one of the output laser lights and a converging means 15 which converges laser lights 1a1, 1a2 and 1b as three focuses at least in a measuring area 3a of a fluid 3 to be measured. Besides, a reflecting optical system 21 has photoelectric conversion means 20a and 20b which receive scattered laser lights from the focuses and output electric signals. The direction of a flow of a particulate P and a time interval of the signals are measured by processing the signal outputs from the photoelectric conversion means 20a and 20b, the flow velocity of the particulate P is determined on the basis of the measured time interval and a distance between the focuses and the velocity and the direction of the flow of the fluid 3 to be measured are calculated.

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】本発明は、レーザ光を用いて
被測定流体の流速と流れの方向を測定するレーザ流速計
に係り、特に被測定流体の流速を正確に測定でき、機動
性に優れ、小型でコンパクトな半導体レーザ流速計等の
レーザ流速計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser anemometer for measuring a flow velocity and a flow direction of a fluid to be measured by using a laser beam, and in particular, it is possible to accurately measure the flow velocity of the fluid to be measured and is excellent in maneuverability. The present invention relates to a laser velocity meter such as a small and compact semiconductor laser velocity meter.

【0002】[0002]

【従来の技術】空気や水等の被測定流体の流速を測定す
る流速計として、ピトー管や熱線流速計が従来から用い
られている。最近では、ピトー管等に代わり、ガスレー
ザや半導体レーザのレーザ光を使用したレーザ流速計が
用いられるようになってきた。市販されているレーザ流
速計に、後方散乱方式のレーザドップラー流速計があ
る。
2. Description of the Related Art A pitot tube or a hot wire anemometer has been conventionally used as an anemometer for measuring the velocity of a fluid to be measured such as air or water. Recently, a laser velocimeter using a laser beam of a gas laser or a semiconductor laser has been used in place of the Pitot tube or the like. A laser doppler velocimeter of a backscattering type is available as a commercially available laser velocimeter.

【0003】従来のレーザ光ドップラー流速計は、レー
ザ装置として出力の大きなガスレーザのアルゴンイオン
レーザが使用されるために、レーザ装置が大型化する。
この流速計は装置全体として長さ1m以上となって大型
化し、重量が増大する。このため、従来のレーザ流速計
はハンディタイプとすることができず、被測定流体の流
速測定の機動性が欠けるという不具合があった。
In the conventional laser light Doppler velocimeter, since a large output gas laser argon ion laser is used as a laser device, the laser device becomes large.
This anemometer has a length of 1 m or more and becomes large in size, and the weight thereof increases. For this reason, the conventional laser anemometer cannot be a handy type, and there is a problem that mobility of the fluid to be measured is not sufficient.

【0004】装置全体の大型化の問題を解決したレーザ
流速計として、特開平5−249129号公報に開示さ
れた半導体レーザ流速計がある。このレーザ流速計は、
図17に示すように構成され、レーザ装置として赤色半
導体レーザ1を用いて測定光学系2を構成し、被測定流
体3中に測定領域3aを設定した後方散乱方式のレーザ
流速計である。
As a laser anemometer that solves the problem of an increase in the size of the entire apparatus, there is a semiconductor laser anemometer disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-249129. This laser anemometer is
A backscattering laser velocimeter configured as shown in FIG. 17 in which a measurement optical system 2 is configured by using a red semiconductor laser 1 as a laser device and a measurement region 3a is set in a fluid 3 to be measured.

【0005】従来のレーザ流速計は、半導体レーザ1か
ら出力されるレーザ光lの光軸上にコリメータレンズ4
が設けられ、このコリメータレンズ4でレーザ光lの拡
がり角を小さくして平行光束を形成している。コリメー
タレンズ4の出力側にはレーザ光lを2つのレーザ光l
1 ,l2 に等強度に分割し、かつ偏光方向を変える偏光
プリズムとしてのウォラストンプリズム5が設けられ
る。このウォラストンプリズム5はビームスプリッタと
して機能する。
In the conventional laser velocimeter, the collimator lens 4 is placed on the optical axis of the laser light 1 output from the semiconductor laser 1.
The collimator lens 4 reduces the divergence angle of the laser light 1 to form a parallel light beam. At the output side of the collimator lens 4, a laser beam 1
A Wollaston prism 5 is provided as a polarizing prism that divides the light into 1 and l 2 with equal intensity and changes the polarization direction. The Wollaston prism 5 functions as a beam splitter.

【0006】ウォラストンプリズム5の出力側には集光
手段である集光レンズ6が設けられ、この集光レンズ6
で被測定流体3の測定領域3aに分割された2つのレー
ザ光l1 ,l2 を2つの焦点として集光させている。測
定領域3aに集光されたレーザ光l1 ,l2 による2つ
の焦点近傍は図18に示すように表わされる。
On the output side of the Wollaston prism 5, a condenser lens 6 which is a condenser means is provided.
Then, the two laser beams l 1 and l 2 divided into the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured are focused as two focal points. The vicinity of two focal points due to the laser beams l 1 and l 2 focused on the measurement area 3a is represented as shown in FIG.

【0007】図18に示すように、2つのレーザ光
1 ,l2 は集光レンズ15によりレーザ光の直径が絞
られる。このレーザ光直径は測定領域3aの焦点位置で
最小直径まで絞られた後、また拡大する。測定領域3a
に形成される2焦点間の間隔は所定値に設定されてい
る。
As shown in FIG. 18, the diameters of the two laser beams l 1 and l 2 are narrowed by a condenser lens 15. The diameter of the laser beam is narrowed down to the minimum diameter at the focal position of the measurement area 3a and then expanded again. Measurement area 3a
The interval between the two focal points formed in the above is set to a predetermined value.

【0008】そして、被測定流体3を測定領域3aに流
すことにより、被測定流体3中に存在する微粒子Pも同
速度で測定領域3aを通過する。すなわち、2つの焦点
を通る。微粒子Pが2つの焦点を通過すると、レーザ光
を散乱させる。この散乱レーザ光は集光レンズ6で集束
されて平行レーザ光にされる。平行レーザ光は偏光角度
を90度相違させた偏向フィルタ7a,7bにより散乱
光の一方の光のみをそれぞれ選択し、レンズ8a,8b
により光電変換素子としての半導体受光素子9a,9b
に受光させる。半導体受光素子9a,9bは散乱光を入
力して電気信号を出力し、この信号出力を信号処理手段
としての信号処理器10に入力させる。信号処理器10
では入力信号を方形波に直して時間間隔を測定するとと
もに、測定領域3aの2つの焦点距離を測定された時間
間隔で割って微粒子Pの流速を演算しており、この微粒
子Pの流速を被測定流体3の流速として出力している。
By flowing the fluid to be measured 3 into the measurement area 3a, the fine particles P existing in the fluid to be measured 3 also pass through the measurement area 3a at the same speed. That is, it passes through two focal points. When the fine particles P pass through the two focal points, they scatter the laser light. The scattered laser light is focused by the condenser lens 6 to be a parallel laser light. For the parallel laser light, only one of the scattered lights is selected by the deflection filters 7a and 7b whose polarization angles are different by 90 degrees, and the lenses 8a and 8b are selected.
The semiconductor light receiving elements 9a and 9b as photoelectric conversion elements by
To receive light. The semiconductor light receiving elements 9a and 9b input the scattered light, output an electric signal, and input the signal output to a signal processor 10 as a signal processing means. Signal processor 10
Then, the input signal is converted into a square wave to measure the time interval, and the flow velocity of the fine particles P is calculated by dividing the two focal lengths of the measurement region 3a by the measured time interval. It is output as the flow velocity of the measurement fluid 3.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ流速計に
おいて、レーザ装置としてガスレーザを用いたものでは
装置全体が大型化し、レーザ流速計の小型・コンパクト
化を図ることができず、機動性に優れたハンディタイプ
のレーザ流速計を提供することが困難である。
In the conventional laser velocimeter using the gas laser as the laser device, the entire device becomes large in size, and the laser velocimeter cannot be made small and compact, which is excellent in maneuverability. It is difficult to provide a handheld laser anemometer.

【0010】また、レーザ装置として小型の赤色半導体
レーザを用いたものでは、レーザ流速計の小型・コンパ
クト化が図れ、ハンディタイプの機動性に優れたものが
提供できるが、このレーザ流速計では、被測定流体の流
速しか測定できず、被測定流体の流れの方向に関する情
報が得られないという問題があり、正確な流速測定を行
なう上で支障があった。
Further, when a small red semiconductor laser is used as a laser device, a laser velocity meter can be made compact and compact, and a handy type having excellent maneuverability can be provided. There is a problem that only the flow velocity of the fluid to be measured can be measured, and information about the flow direction of the fluid to be measured cannot be obtained, which hinders accurate flow velocity measurement.

【0011】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、流れの方向を確認でき、被測定流体の流速を
簡単かつ正確に測定できるレーザ流速計を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser velocimeter capable of confirming the flow direction and easily and accurately measuring the flow velocity of a fluid to be measured.

【0012】本発明本発明の他の目的は、散乱レーザ光
量を充分に確保し、被測定流体の流速を正確かつ容易に
行なうことができ、機動性に優れたハンディタイプのレ
ーザ流速計を提供するにある。
The present invention is another object of the present invention to provide a handy type laser velocimeter which can secure a sufficient amount of scattered laser light, can accurately and easily carry out the flow velocity of a fluid to be measured, and is excellent in mobility. There is.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ流速
計は、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、レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子速
度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度として出
力するレーザ流速計において、波長の異なるレーザ光を
出力する2つの半導体レーザと、上記半導体レーザから
出力されるレーザ光の拡がり角を小さくして平行光束の
レーザ光を形成するコリメータと、平行光束のレーザ光
の一方を2本のレーザ光に分割するビームスプリッタ
と、分割された2本のレーザ光と他方のレーザ光を、被
測定流体の測定領域に少なくとも3つの焦点として集光
させる集光手段と、前記測定領域の各焦点からの散乱レ
ーザ光を受光して電気信号を出力する光電変換手段と、
この光電変換手段からの信号出力に基づいて微粒子の流
れ方向および信号の時間間隔を測定し、測定された時間
間隔と前記各焦点間距離とから微粒子の流速を演算処理
する信号処理手段とを有し、上記信号処理手段で測定・
処理される微粒子の流れ方向と流速を被測定流体の流れ
方向および流速として設定したものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a laser anemometer according to the present invention measures the particle velocity in a fluid to be measured by using laser light as described in claim 1. In a laser velocity meter that outputs this particle velocity as a fluid velocity to be measured, two semiconductor lasers that output laser beams having different wavelengths and a parallel light flux that reduces the divergence angle of the laser beams output from the semiconductor lasers. Collimator for forming a laser beam, a beam splitter for splitting one of the parallel-beam laser beams into two laser beams, and the two split laser beams and the other laser beam for the measurement area of the fluid to be measured. Light converging means for condensing at least three focal points in the above, and photoelectric conversion means for receiving scattered laser light from each focal point of the measurement region and outputting an electric signal,
A signal processing means for measuring the flow direction of the particles and the time interval of the signal based on the signal output from the photoelectric conversion means, and calculating the flow velocity of the particles from the measured time interval and each of the focal distances. Measurement with the above signal processing means
The flow direction and flow velocity of the particles to be processed are set as the flow direction and flow velocity of the fluid to be measured.

【0014】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係るレーザ流速計は、請求項2に記載したよう
に、ビームスプリッタは、半導体レーザから出力される
波長λ1 ,λ2 のレーザ光の一方を分割し、分割された
レーザ光と他方のレーザ光を集光手段で集束させ、被測
定流体の測定領域にλ1 ,λ1 ,λ2 または波長λ2 ,
λ2 ,λ1 の3つの焦点として集光させ、これら3つの
焦点からの散乱レーザ光を干渉フィルタを介して光電変
換手段に受光させたり;さらに、請求項3に記載したよ
うに、ビームスプリッタは、半導体レーザから出力され
る波長λ1 ,λ2のレーザ光の一方を分割し、分割され
たレーザ光と他方のレーザ光を集光手段で集束させ、被
測定流体の測定領域にλ1 ,λ2 ,λ1 または波長λ2
,λ1 ,λ2 の3つの焦点として集光させ、これら3
つの焦点からの散乱レーザ光を干渉フィルタを介して光
電変換手段に受光させたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, in the laser velocity meter according to the present invention, as described in claim 2, the beam splitter uses the laser light of wavelengths λ1 and λ2 output from the semiconductor laser. One is split, and the split laser beam and the other laser beam are focused by the focusing means, and λ 1, λ 1, λ 2 or wavelength λ 2, in the measurement region of the fluid to be measured.
The light is condensed as three focal points of λ2 and λ1, and the scattered laser light from these three focal points is received by the photoelectric conversion means through the interference filter. Further, as described in claim 3, the beam splitter is One of the laser beams having the wavelengths λ1 and λ2 output from the semiconductor laser is split, and the split laser beam and the other laser beam are focused by the converging means, and λ1, λ2, λ1 or Wavelength λ2
, Λ1 and λ2 are focused as three focal points.
The scattered laser light from one focal point is received by the photoelectric conversion means through the interference filter.

【0015】本発明に係るレーザ流速計は、上述した課
題を解決するために、請求項4に記載したように、レー
ザ光を用いて被測定流体中の微粒子速度を測定し、この
微粒子速度を被測定流体速度として出力するレーザ流速
計において、波長の異なるレーザ光を出力する2つの半
導体レーザと、上記半導体レーザから出力されるレーザ
光の拡がり角を小さくして平行光束のレーザ光を形成す
るコリメータと、平行光束の各レーザ光をそれぞれ2本
のレーザ光に分割するビームスプリッタと、分割された
4本のレーザ光を被測定流体の測定領域に4つの焦点と
して集光させる集光手段と、前記測定領域の4つの焦点
からの散乱レーザ光を受光して電気信号を出力する光電
変換手段と、この光電変換手段からの信号出力に基づい
て微粒子の流れの方向および信号の時間間隔を測定し、
測定された時間間隔と各焦点間距離とから微粒子の流速
を演算処理する信号処理手段とを備え、上記信号処理手
段で測定・処理される微粒子の流れ方向と流速を被測定
流体の流れ方向および流速として設定したものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the laser anemometer according to the present invention measures the particle velocity in the fluid to be measured by using laser light, and this particle velocity is measured. In a laser velocimeter that outputs as a fluid velocity to be measured, two semiconductor lasers that output laser light having different wavelengths and a divergence angle of the laser light output from the semiconductor laser are reduced to form a laser light of parallel light flux. A collimator, a beam splitter that splits each laser beam of parallel light flux into two laser beams, and a focusing unit that focuses the four split laser beams into four focal points in the measurement region of the fluid to be measured. , Photoelectric conversion means for receiving scattered laser light from the four focal points of the measurement area and outputting an electric signal, and a flow of fine particles based on the signal output from the photoelectric conversion means. The time interval of the counter and the signal is measured,
A signal processing means for calculating the flow velocity of the fine particles from the measured time intervals and the distances between the focal points; and the flow direction and flow velocity of the fine particles measured / processed by the signal processing means, It is set as the flow velocity.

【0016】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係るレーザ流速計は、請求項5に記載したよう
に、ビームスプリッタは、一方の半導体レーザから出力
される波長λ1 のレーザ光を分割する第1ビームスプリ
ッタと、他方の半導体レーザから出力される波長λ2 の
レーザ光を分割する第2ビームスプリッタとを有し、上
記ビームスプリッタで分割されたレーザ光を集光手段に
より、被測定流体の測定領域に波長λ1 ,λ1 ,λ2 ,
λ2 または波長λ1 ,λ2 ,λ1 ,λ2 の4つの焦点と
して集光させ、これら4つの焦点からの散乱レーザ光を
干渉フィルタを介して波長λ1 ,波長λ2 の2つの光電
変換手段に受光させたものである。
Further, in order to solve the above-mentioned problems,
In the laser velocity meter according to the present invention, as described in claim 5, the beam splitter includes a first beam splitter for splitting a laser beam having a wavelength λ1 output from one semiconductor laser and an output from the other semiconductor laser. A second beam splitter for splitting the laser light having the wavelength λ2, and the laser light split by the beam splitter is collected by the condensing means into the measurement region of the fluid to be measured, where the wavelengths λ1, λ1, λ2,
λ2 or light having four wavelengths λ1, λ2, λ1, and λ2 condensed at the four focal points, and scattered laser light from these four focal points is received by two photoelectric conversion means having wavelengths λ1 and λ2 through an interference filter. Is.

【0017】さらにまた、本発明に係るレーザ流速計
は、上述した課題を解決するために、請求項6に記載し
たように、レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子の速
度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度として出
力するレーザ流速計において、波長の異なる少なくとも
2本のレーザ光を出力するレーザ装置と、このレーザ装
置から出力されたレーザ光のうち、少なくとも一方のレ
ーザ光を2本のレーザ光に分割するビームスプリッタ
と、このビームスプリッタで分割されたレーザ光および
他方のレーザ光を被測定流体の測定領域に少なくとも3
つの焦点として集光させる集光手段と、前記測定領域の
各焦点を通る微粒子からの散乱レーザ光を受光して電気
信号を出力する光電変換手段と、この光電変換手段から
の信号出力に基づいて微粒子の流れの方向および時間間
隔を測定し、測定された時間間隔と各焦点間の距離とか
ら微粒子の流速を演算処理する信号処理手段とを有し、
上記信号処理手段で測定・処理される微粒子の流れ方向
と流速を被測定流体の流れ方向と流速として設定したも
のである。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the laser anemometer according to the present invention measures the velocity of fine particles in the fluid to be measured by using laser light, In a laser anemometer that outputs this particle velocity as a fluid velocity to be measured, a laser device that outputs at least two laser beams having different wavelengths and at least one of the laser beams output from this laser device A beam splitter that splits the laser beam into two laser beams, and at least three of the laser beam split by this beam splitter and the other laser beam in the measurement region of the fluid to be measured.
Based on the signal output from the photoelectric conversion means for receiving the scattered laser light from the fine particles passing through each focus of the measurement area and outputting an electric signal, Measuring the flow direction and time interval of the fine particles, having a signal processing means for calculating the flow velocity of the fine particles from the measured time interval and the distance between each focus,
The flow direction and flow velocity of the fine particles measured and processed by the signal processing means are set as the flow direction and flow velocity of the fluid to be measured.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザ流速計
の一実施の形態について添付図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a laser velocity meter according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0019】図1は本発明に係るレーザ流速計の第1実
施形態を示すものである。このレーザ流速計11は、レ
ーザ装置として小型の半導体レーザ12a,12bを用
いた小型でコンパクトなハンディタイプのもので、装置
全体の寸法が例えば直径50mm,長さ150mm程度に製
作される。このレーザ流速計は、空気や水等の被測定流
体の流速のみならず、流れの方向も測定できるようにし
たものである。
FIG. 1 shows a first embodiment of a laser anemometer according to the present invention. The laser velocimeter 11 is a small and compact handy type using small semiconductor lasers 12a and 12b as a laser device, and is manufactured to have a size of, for example, about 50 mm and a length of 150 mm. This laser velocimeter is capable of measuring not only the flow velocity of a fluid to be measured such as air and water but also the flow direction.

【0020】このレーザ流速計11は、レーザ装置とし
て波長λ1 のレーザ光laを出力する第1半導体レーザ
12aと波長λ2 のレーザ光lbを出力する第2半導体
レーザ12bとの2つの半導体レーザを備える。各半導
体レーザ12a,12bの光軸上にはコリメータとして
のコリメータレンズ13a,13bがそれぞれ設置さ
れ、各コリメータレンズ13a,13bでレーザ光の拡
がり角を小さくして平行光束を作り、平行な2本のレー
ザ光に成形している。
This laser velocimeter 11 comprises, as a laser device, two semiconductor lasers, a first semiconductor laser 12a for outputting a laser beam la of wavelength λ1 and a second semiconductor laser 12b for outputting a laser beam lb of wavelength λ2. . Collimator lenses 13a and 13b as collimators are installed on the optical axes of the semiconductor lasers 12a and 12b, respectively, and the collimator lenses 13a and 13b reduce the divergence angle of the laser light to form a parallel light beam, and two parallel light beams are formed. Is shaped into a laser beam.

【0021】一方のコリメータレンズ13aの出力側に
は、レーザ光laを2本の等強度のレーザ光la1 ,l
a2 に分割するビームスプリッタ14が設けられる。こ
のビームスプリッタ14としては、プリズムの他にハー
フミラーやサバール板,フレネルゾーンプレート等を用
いてもよい。ビームスプリッタ14の出力側にはレーザ
光を集束させる集光手段として集光レンズ15が設置さ
れ、この集光レンズ15にて2本の波長λ1 の分割レー
ザ光la1 ,la2 と波長λ2 のレーザ光lbを空気や
水等の被測定流体3の測定領域3aに3つの焦点として
集光させている。
On the output side of one collimator lens 13a, a laser beam la is supplied as two equal intensity laser beams la1 and l.
A beam splitter 14 for splitting into a2 is provided. As the beam splitter 14, a half mirror, a Savart plate, a Fresnel zone plate or the like may be used instead of the prism. On the output side of the beam splitter 14, a condensing lens 15 is installed as a condensing means for converging the laser light. With this condensing lens 15, two split laser lights la1 and la2 having a wavelength λ1 and a laser light having a wavelength λ2 are provided. lb is focused on the measurement region 3a of the fluid to be measured 3 such as air or water as three focal points.

【0022】このようにして、半導体レーザ12a,1
2bから集光レンズ15に至る光学系が一体的に組み立
てられて走査光学系16が構成され、この走査光学系1
6を通して2つの半導体レーザ12a,12bからの波
長λ1 ,λ2 のレーザ光la,lbは被測定流体3の測
定領域3aに3つの焦点を結ぶように走査される。
In this way, the semiconductor lasers 12a, 1
The optical system from 2b to the condenser lens 15 is integrally assembled to form a scanning optical system 16. The scanning optical system 1
Laser beams la and lb of wavelengths λ1 and λ2 from the two semiconductor lasers 12a and 12b are scanned through 6 so that the measurement area 3a of the fluid 3 to be measured has three focal points.

【0023】図2は、3つの焦点を形成した被測定流体
3の測定領域3a付近を示すものであり、測定領域3a
に形成される3つの焦点は焦点間距離が互いに等しく、
かつ所定の値となるように予め調整される。3つの焦点
は、レーザ光の波長λ1 ,λ1 ,λ2 毎に独立して形成
され、図2に示すように、焦点配置は波長λ1 ,λ1,
λ2 の順となる。被測定流体3の測定領域3aに照射さ
れる各レーザ光la1,la2 ,lbは、レーザ光直径
が集光レンズ15により集束され、測定領域3aで3つ
の焦点を形成するように最小直径まで絞られた後、また
拡大する。
FIG. 2 shows the vicinity of the measurement area 3a of the fluid 3 to be measured having three focal points, and the measurement area 3a
The three focal points formed in the
And it is adjusted in advance so as to be a predetermined value. The three focal points are formed independently for each of the wavelengths λ 1, λ 1, λ 2 of the laser light. As shown in FIG. 2, the focal positions are wavelengths λ 1, λ 1,
The order is λ 2. The respective laser beams la1, la2, lb that are irradiated onto the measurement region 3a of the fluid to be measured 3 are focused by the condenser lens 15 so that the laser beam diameter is reduced to the minimum diameter so as to form three focal points in the measurement region 3a. After being given, it expands again.

【0024】しかして、測定領域3aに空気等の被測定
流体3を流すことにより、被測定流体3中に存在する微
粒子Pも同速度で測定領域3を流れ、3つの焦点を順に
通過する。被測定流体3としては空気や水の他に種々の
流体が考えられ、被測定流体3中に存在する微粒子P
は、数μm〜数十μm程度の微小な異物粒子である。被
測定流体3に微粒子Pが存在しない場合には、図示しな
いアトマイザでオイル等の流体微粒子化を行ない、この
微粒子を被測定流体3中に噴霧させてもよい。
By flowing the fluid to be measured 3 such as air into the measuring area 3a, the fine particles P existing in the fluid to be measured 3 also flow in the measuring area 3 at the same speed and pass through the three focal points in order. Various fluids can be considered as the fluid to be measured 3 in addition to air and water, and the fine particles P existing in the fluid to be measured 3
Is a minute foreign particle of about several μm to several tens of μm. When the fine particles P do not exist in the fluid to be measured 3, atomizer (not shown) may be used to atomize the fluid into fine particles, and the fine particles may be sprayed into the fluid to be measured 3.

【0025】被測定流体3中に存在する微粒子Pが測定
領域3aを通過し、3つの焦点を順次横切ると、測定領
域3aに照射されるレーザ光は微粒子Pによる散乱作用
を受けて反射する。3つの焦点位置で散乱した散乱(反
射)レーザ光は集光レンズ15に集められて平行光にさ
れる。この平行レーザ光が干渉フィルタ18a,18b
を通り、集光レンズ19a,19bにより集光されて光
電変換手段としての半導体受光素子20a,20bに受
光される。干渉フィルタ18a,18bは、散乱レーザ
光の特定波長を選択して透過させるようになっており、
一方の干渉フィルタ18aは波長λ1 の散乱レーザ光
を、他方の干渉フィルタ18bは波長λ2の散乱レーザ
光を、それぞれ透過させるようになっている。
When the fine particles P existing in the fluid to be measured 3 pass through the measurement region 3a and sequentially cross the three focal points, the laser beam irradiated on the measurement region 3a is reflected by the scattering action of the fine particles P. The scattered (reflected) laser light scattered at the three focal positions is collected by the condenser lens 15 and made into parallel light. The collimated laser light is emitted from the interference filters 18a and 18b.
Through the condenser lenses 19a and 19b, and the light is received by the semiconductor light receiving elements 20a and 20b as photoelectric conversion means. The interference filters 18a and 18b are adapted to select and transmit a specific wavelength of the scattered laser light,
One interference filter 18a transmits the scattered laser light of wavelength λ1, and the other interference filter 18b transmits the scattered laser light of wavelength λ2.

【0026】これらの集光レンズ15と干渉フィルタ1
8a,18b、集光レンズ19a,19bおよび半導体
受光素子20a,20bを一体的に組み合せて反射光学
系21が構成される。レーザ流速計11はこの反射光学
系21と走査光学系16とを組み合せて一体化され、小
型でコンパクトな測定光学系22が構成される。測定光
学系22は光軸調整不要でメメンテナンスフリーに構成
される。レーザ流速計11は被測定流体3中に測定領域
3aが形成される、いわゆる後方散乱方式の半導体レー
ザ流速計である。
These condenser lens 15 and interference filter 1
A reflective optical system 21 is configured by integrally combining 8a, 18b, condenser lenses 19a, 19b, and semiconductor light receiving elements 20a, 20b. The laser velocimeter 11 is integrated by combining the reflection optical system 21 and the scanning optical system 16 to form a small and compact measuring optical system 22. The measurement optical system 22 does not require optical axis adjustment and is maintenance-free. The laser anemometer 11 is a so-called backscattering type semiconductor laser anemometer in which a measurement region 3a is formed in the fluid 3 to be measured.

【0027】また、半導体受光素子20a,20bに
は、例えばピンフォトダイオード,アンバランシェフォ
トダイオード等があり、小型の光電変換素子として用い
られる。半導体受光素子20a,20bに入力された散
乱レーザ光はパルス状の電気信号に変換されて信号処理
手段としての信号処理器23に入力される。信号処理器
23では、各半導体受光素子20a,20bからのパル
ス状信号出力に基づいて被測定流体3の流れの方向と各
焦点間を通過する微粒子Pの時間間隔を測定し、測定さ
れた時間間隔と各焦点間の距離とから微粒子Pの流速を
演算処理して求め、微粒子Pの流速を被測定流体3の流
速として出力している。
The semiconductor light receiving elements 20a and 20b include, for example, pin photodiodes, avalanche photodiodes, etc., and are used as small photoelectric conversion elements. The scattered laser light input to the semiconductor light receiving elements 20a and 20b is converted into a pulsed electric signal and input to the signal processor 23 as signal processing means. The signal processor 23 measures the time interval of the fine particles P passing between each focus and the flow direction of the fluid 3 to be measured based on the pulsed signal output from each semiconductor light receiving element 20a, 20b, and the measured time is measured. The flow velocity of the fine particles P is calculated and calculated from the interval and the distance between the focal points, and the flow velocity of the fine particles P is output as the flow velocity of the measured fluid 3.

【0028】具体的には、信号処理器23で微粒子Pが
第1焦点から第2焦点を通過する時間間隔と、この微粒
子Pが第2焦点から第3焦点を通過する時間間隔を測定
し、双方の時間間隔が等しいとき、焦点間距離を測定さ
れた時間間隔で割って微粒子の流速が求められる。この
場合、各焦点間距離は予め等しくなるように調整してあ
り、各焦点間距離は所要値に予め設定されている。
Specifically, the signal processor 23 measures the time interval for the fine particles P to pass from the first focus to the second focus and the time interval for the fine particles P to pass from the second focus to the third focus. When both time intervals are equal, the inter-focal distance is divided by the measured time interval to determine the particle flow velocity. In this case, the focal lengths are adjusted in advance to be equal, and the focal lengths are preset to required values.

【0029】一方、被測定流体3中に存在する微粒子P
が第1焦点から第2焦点を通過する時間間隔とこの微粒
子が第2焦点から第3焦点を通過する時間間隔が等しく
ない場合、信号データにノイズが入ったとして取り扱
い、流速計算を中止する。この流速計算の中止により、
被測定流体の流速を正確に測定できる。
On the other hand, the fine particles P existing in the fluid 3 to be measured.
If the time interval of passing through the first focus to the second focus is not equal to the time interval of passing through the second focus from the second focus to the third focus, the signal data is treated as noise and the flow velocity calculation is stopped. By canceling this flow velocity calculation,
The flow velocity of the fluid to be measured can be accurately measured.

【0030】また、半導体レーザ12a,12bからの
レーザ光は、走査光学系16により被測定流体3の測定
領域3aに波長λ1 ,λ1 ,λ2 の3つの焦点を独立し
て結ぶように走査され、測定領域3aに波長λ1 ,λ1
,λ2 のレーザ光による3つの焦点が形成される。
Laser light from the semiconductor lasers 12a and 12b is scanned by the scanning optical system 16 so as to independently form three focal points of wavelengths λ1, λ1 and λ2 on the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured, Wavelengths λ1, λ1 in the measurement area 3a
, Λ2 laser beams form three focal points.

【0031】今、被測定流体3が測定領域3aを図2に
おいて下方から上方に流れたとすると、被測定流体3中
の微粒子Pにより、一方の半導体受光素子20bから電
気信号が1パルス出力した後、他方の半導体受光素子2
0aから2パルスの電気信号が出力される。
Now, assuming that the fluid to be measured 3 flows in the measurement region 3a from the lower side to the upper side in FIG. 2, the fine particles P in the fluid to be measured 3 output one pulse of an electric signal from one semiconductor light receiving element 20b. , The other semiconductor light receiving element 2
A 2-pulse electric signal is output from 0a.

【0032】また、被測定流体3が図2において上方か
ら下方に流れたとすると、半導体受光素子20aから2
パルスの電気信号が出力された後、半導体受光素子20
bから1パルスの電気信号が出力される。したがって、
各半導体受光素子20a,20bから出力される電気信
号をカウントすれば、被測定流体3の流れの方向を正確
に判別することができる。
If the fluid 3 to be measured flows from the upper side to the lower side in FIG.
After the pulse electric signal is output, the semiconductor light receiving element 20
An electric signal of 1 pulse is output from b. Therefore,
By counting the electric signals output from the semiconductor light receiving elements 20a and 20b, the flow direction of the fluid 3 to be measured can be accurately determined.

【0033】このレーザ流速計11においては、小形の
2つの半導体レーザ12a,12bからの出力レーザ光
la,lbを被測定流体3の測定領域3aを形成する3
つの焦点として集光させることにより、測定領域3aに
干渉縞を形成する従来のレーザドップラ流速計より多く
の反射レーザ光量が得られる。これにより、光電変換手
段として小型の光電変換素子である半導体受光素子20
a,20bを用いても、信号処理に充分なS/N比の電
気信号が得られる。
In this laser velocimeter 11, output laser beams la and lb from two small semiconductor lasers 12a and 12b form a measurement region 3a of the fluid 3 to be measured.
By converging as one focus, a larger amount of reflected laser light can be obtained than that of the conventional laser Doppler velocimeter that forms interference fringes in the measurement area 3a. As a result, the semiconductor light receiving element 20 which is a small photoelectric conversion element as photoelectric conversion means.
Even if a and 20b are used, an electric signal having an S / N ratio sufficient for signal processing can be obtained.

【0034】また、半導体レーザ12a,12bから半
導体受光素子20a,20bに至る測定光学系22を光
学的に一体に組み立てることができ、測定流体3の流速
測定に際して光軸調整が不要となり、長寿命で保守が容
易となる。しかも、測定光学系22は小形の半導体レー
ザ12a,12bや半導体受光素子20a,20bを採
用することにより、例えば直径50mm,長さ150mm程
度の小型でコンパクトなハンディタイプとすることがで
き、機動性が向上する。
Further, the measuring optical system 22 from the semiconductor lasers 12a and 12b to the semiconductor light receiving elements 20a and 20b can be optically assembled into one body, and the optical axis adjustment is not required when measuring the flow velocity of the measuring fluid 3 and the life is long. Makes maintenance easier. Moreover, the measuring optical system 22 can be made into a small and compact handy type having a diameter of 50 mm and a length of 150 mm, for example, by adopting the small semiconductor lasers 12a and 12b and the semiconductor light receiving elements 20a and 20b. Is improved.

【0035】さらに、レーザ流速計11を構成する測定
光学系22は小型でコンパクトに設計されるため、測定
場所への携帯や測定のための設定や他の機器への組付け
が容易となり、被測定流体3の流速のみならず、その流
れ方向も簡単にかつ正確に測定することができる。しか
も、被測定流体3の流れ方向が分かるので、流速の測定
を一層正確に行なうことができる。
Further, since the measurement optical system 22 constituting the laser velocity meter 11 is designed to be small and compact, it is easy to carry it to the measurement place, set it for measurement, and assemble it to another device, and Not only the flow velocity of the measurement fluid 3 but also its flow direction can be measured easily and accurately. Moreover, since the flow direction of the fluid to be measured 3 is known, the flow velocity can be measured more accurately.

【0036】図3は本発明に係るレーザ流速計の第2実
施形態を示すものである。
FIG. 3 shows a second embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【0037】このレーザ流速計11Aは、レーザ装置と
しての2つの半導体レーザ12a,12bの配置を除い
て、図1に示すレーザ流速計11と構成を基本的に同じ
くするので、同一部品には同じ符号を付して説明を省略
する。
This laser velocimeter 11A basically has the same configuration as the laser velocimeter 11 shown in FIG. 1 except for the arrangement of the two semiconductor lasers 12a and 12b as a laser device, and therefore the same parts are the same. The reference numerals are given and the description is omitted.

【0038】図3に示すレーザ流速計11Aは図1に示
されたレーザ流速計11とはレーザ装置を構成する波長
λ1 用の半導体レーザ12aと波長λ2 用の半導体レー
ザ12bの配置を交換し、入れ換えたものである。半導
体レーザ12a,12bを図1に示された半導体レーザ
と入れ換えることにより、半導体レーザ12a,12b
から出力されたレーザ光la,lbは一方のレーザ光l
bが2本のレーザ光lb1 ,lb2 に分割され、被測定
流体3の測定領域3aに図4に示すように、波長λ2 ,
λ2 ,λ1 の3つの焦点を等間隔をおいて持つように絞
られ、集光される。
The laser velocimeter 11A shown in FIG. 3 is different from the laser velocimeter 11 shown in FIG. 1 in that the arrangement of the semiconductor laser 12a for the wavelength λ1 and the semiconductor laser 12b for the wavelength λ2 constituting the laser device is exchanged. It was replaced. By replacing the semiconductor lasers 12a and 12b with the semiconductor laser shown in FIG.
The laser lights la and lb output from the
b is divided into two laser beams lb1 and lb2, and wavelengths λ2,
It is focused and focused so that it has three focal points of λ2 and λ1 at equal intervals.

【0039】この測定領域3aに被測定流体3を流すこ
とにより、被測定流体3中に存在する微粒子Pも同速度
で測定領域3aを流れ、3つの焦点を順に通過する。
By flowing the fluid to be measured 3 into the measurement area 3a, the fine particles P existing in the fluid to be measured 3 also flow in the measurement area 3a at the same speed and sequentially pass through the three focal points.

【0040】微粒子Pが3つの焦点を通過するとき、照
射されるレーザ光lb1 ,lb2 ,laを散乱させる。
この散乱レーザ光は反射光学系21の集光レンズ15で
平行光にされる。この平行レーザ光は続いて干渉フィル
タ18a,18bにより透過レーザ光の波長λ1 ,λ2
が選択され、集光レンズ19a,19bに集光されて光
電変換手段としての半導体受光素子20a,20b上に
受光せしめられる。この半導体受光素子20a,20b
からの電気信号は信号処理手段としての信号処理器23
に入力され、この信号処理器23で信号処理される。
When the fine particles P pass through the three focal points, the irradiated laser beams lb1, lb2, la are scattered.
The scattered laser light is collimated by the condenser lens 15 of the reflection optical system 21. The collimated laser light is then transmitted by the interference filters 18a and 18b to the wavelengths λ1 and λ2 of the transmitted laser light.
Is selected, and is condensed by the condenser lenses 19a and 19b to be received on the semiconductor light receiving elements 20a and 20b as photoelectric conversion means. These semiconductor light receiving elements 20a, 20b
The electric signal from the signal processor 23 is a signal processing means.
And is processed by the signal processor 23.

【0041】信号処理器23には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、測定領域3aを通
過する微粒子Pの速度とその流れの方向を演算処理して
求めている。具体的には、微粒子Pが測定領域3aの第
1焦点と第2焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Pが
第2焦点と第3焦点を通過する時間間隔を測定し、両時
間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間隔で割っ
て流速を演算する。微粒子Pが第1焦点と第2焦点を通
過する時間間隔とこの微粒子Pが第2焦点と第3焦点を
通過する時間間隔が等しくない場合、信号データにノイ
ズが入ったとして流速計算を中止する。
A pulsed electric signal corresponding to the scattered laser light is input to the signal processor 23, and the velocity of the fine particles P passing through the measurement region 3a and the direction of the flow thereof are calculated and obtained. Specifically, the time interval at which the fine particles P pass the first focus and the second focus of the measurement area 3a and the time interval at which the fine particles P pass the second focus and the third focus are measured, and both time intervals are equal. In this case, the flow velocity is calculated by dividing the focal length by this time interval. When the time interval for the particle P to pass the first focus and the second focus and the time interval for the particle P to pass the second focus and the third focus are not equal, the flow velocity calculation is stopped because there is noise in the signal data. .

【0042】また、レーザ流速計11Aは走査光学系1
6により被測定流体3の測定領域3aに図4に示すよう
に、波長λ2 ,λ2 ,λ1 の3つの焦点を順に独立して
形成しており、この波長λ2 ,λ2 ,λ1 の焦点配置に
より、被測定流体3が図4の下方から上方に流れたとす
ると、被測定流体3中に存在する微粒子Pにより半導体
受光素子20aが1パルス電気信号を出力後、半導体受
光素子20bが2パルス出力する。逆に、図4の上方よ
り下方に流れが生じたとすると、半導体受光素子20b
が2パルス出力後、半導体受光素子20aが1パルス出
力することになり、流れ方向が正確に分かる。
The laser velocimeter 11A is the scanning optical system 1
As shown in FIG. 4, three focal points of wavelengths λ2, λ2, λ1 are independently formed in order in the measurement area 3a of the fluid to be measured 3 by the focal point arrangement of the wavelengths λ2, λ2, λ1. Assuming that the fluid to be measured 3 flows from the lower side to the upper side in FIG. 4, the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse electric signal after the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse due to the fine particles P existing in the fluid to be measured 3. On the contrary, if a flow is generated from the upper side to the lower side in FIG. 4, the semiconductor light receiving element 20b
After outputting 2 pulses, the semiconductor light receiving element 20a outputs 1 pulse, and the flow direction can be accurately known.

【0043】図5は、本発明に係るレーザ流速計の第3
実施形態を示すものである。
FIG. 5 shows a third laser velocity meter according to the present invention.
1 shows an embodiment.

【0044】このレーザ流速計11Bは、図1に示した
レーザ流速計11とは走査光学系16Aの配置構造を異
にし、他の構成は異ならないので同一符号を付して説明
を省略する。
This laser velocimeter 11B is different from the laser velocimeter 11 shown in FIG. 1 in the arrangement structure of the scanning optical system 16A, and other constitutions are not different.

【0045】図5に示すレーザ流速計11Bは、走査光
学系16Aにレーザ装置として2つの半導体レーザ12
a,12bを備えた点は、図1のレーザ流速計11と共
通する。しかし、図5のレーザ流速計11Bは波長λ1
用の半導体レーザ12aから出力されたレーザ光は、コ
リメータレンズ20aを経て平行光束に成形されてビー
ムスプリッタ14により2つの波長λ1 のレーザ光に等
強度に分割される。そして、分割された2本の波長λ1
のレーザ光la1 ,lb2 の間に、波長λ2 用半導体レ
ーザ12bから出力されたレーザ光lbがコリメータレ
ンズ20bを経て出力されるようになっている。各半導
体レーザ12a,12bから出力された3本のレーザ光
la1 ,la2 ,lbは、集光手段としての集光レンズ
15により集束され、被測定流体3の測定領域3aに独
立した3つの焦点を等間隔をおいて持つように集光され
る。3つの焦点は、波長λ1 ,λ2 ,λ1 の焦点配置と
なり、各レーザ光の直径は焦点で最小直径まで絞られた
後、また拡大するように走査される。
The laser velocimeter 11B shown in FIG. 5 includes two semiconductor lasers 12 as laser devices in the scanning optical system 16A.
The point provided with a and 12b is common to the laser velocity meter 11 of FIG. However, the laser velocity meter 11B in FIG.
The laser light output from the semiconductor laser 12a for use in the laser beam is shaped into a parallel light flux through the collimator lens 20a, and is split by the beam splitter 14 into laser light of two wavelengths .lambda.1 with equal intensity. And the two divided wavelengths λ1
The laser light lb output from the semiconductor laser 12b for wavelength λ2 is output between the laser lights la1 and lb2 via the collimator lens 20b. The three laser beams la1, la2, lb outputted from the respective semiconductor lasers 12a, 12b are focused by a condenser lens 15 as a condensing means, and have three independent focal points on the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured. It is focused so that it will be held at equal intervals. The three focal points have a focal point arrangement of wavelengths λ1, λ2, and λ1, and the diameter of each laser beam is narrowed to the minimum diameter at the focal point and then scanned so as to expand again.

【0046】この測定領域3aに被測定流体3を流すこ
とにより、被測定流体3中に存在する微粒子Pも同じ速
度で測定領域3aを流れ、3つの焦点を順次通過する。
微粒子Pが3つの焦点を通過すると、微粒子Pが照射レ
ーザ光la1 ,la2 ,lbを散乱させる。この散乱レ
ーザ光は反射光学系21の集光レンズ15で集光されて
平行光にされる。
By flowing the fluid to be measured 3 into the measurement area 3a, the fine particles P existing in the fluid to be measured 3 also flow in the measurement area 3a at the same speed and sequentially pass through the three focal points.
When the fine particles P pass through the three focal points, the fine particles P scatter the irradiation laser light la1, la2, lb. The scattered laser light is condensed by the condenser lens 15 of the reflection optical system 21 to be parallel light.

【0047】この平行レーザ光は干渉フィルタ18a,
18bにより透過レーザ光の波長λ1 ,λ2 が選択さ
れ、透過された波長λ1 ,λ2 のレーザ光は、集光レン
ズ19a,19bにてさらに集光され、光電変換手段と
しての半導体受光素子20a,20b上に受光される。
この半導体受光素子20a,20bからの電気信号は、
信号処理手段としての信号処理器23に入力され、この
信号処理器23で信号処理される。
This parallel laser light is transmitted to the interference filter 18a,
The wavelengths λ1 and λ2 of the transmitted laser beam are selected by 18b, and the transmitted laser beams of the wavelengths λ1 and λ2 are further condensed by the condenser lenses 19a and 19b, and the semiconductor light receiving elements 20a and 20b as photoelectric conversion means. Received on.
The electric signals from the semiconductor light receiving elements 20a and 20b are
It is input to a signal processor 23 as a signal processing means, and signal processing is performed by this signal processor 23.

【0048】信号処理器23には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、入力された電気信
号から測定領域3aを通過する微粒子Pの速度とその流
れの方向を演算処理して求めている。具体的には、微粒
子Pが第1焦点と第2焦点を通過する時間間隔とこの微
粒子Pが第2焦点と第3焦点を通過する時間間隔とを求
め、両時間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間
隔で割って微粒子の流速を演算する。微粒子Pが第1焦
点と第2焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Pが第2
焦点と第3焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、
信号データにノイズが入ったとして流速計算を中止す
る。
A pulsed electric signal corresponding to the scattered laser light is input to the signal processor 23, and the velocity and direction of the flow of the fine particles P passing through the measurement region 3a are arithmetically processed from the input electric signal. I am asking for. Specifically, the time interval for the fine particles P to pass the first focus and the second focus and the time interval for the fine particles P to pass the second focus and the third focus are determined. The flow velocity of the particles is calculated by dividing the distance by this time interval. The time interval for the fine particles P to pass the first focus and the second focus and the fine particles P
If the time intervals for passing the focal point and the third focal point are not equal,
Stop the flow velocity calculation because there is noise in the signal data.

【0049】また、レーザ流速計11Bは走査光学系1
6Aにより被測定流体3の測定領域3aに図6に示すよ
うに、波長λ1 ,λ2 ,λ1 の3つの焦点を順に独立し
て形成している。この波長λ1 ,λ2 ,λ1 の焦点配置
により、被測定流体3が図6において下方から上方に流
れたとすると、被測定流体3中に存在する微粒子Pによ
り半導体受光素子20aが1パルス出力後、半導体受光
素子20bが1パルス出力し、さらに半導体受光素子2
0aが前回の1パルス出力より大きな1パルスを出力す
る。図6の上方より下方に流れが生じたとすると、半導
体受光素子20aが1パルス出力後、半導体受光素子2
0bが1パルス出力し、さらに半導体受光素子20aが
前回の1パルス出力より小さな1パルスを出力すること
になり、パルス出力を比較することにより流れ方向が分
かる。
The laser velocimeter 11B is the scanning optical system 1
As shown in FIG. 6, three focal points of wavelengths .lambda.1, .lambda.2, .lambda.1 are sequentially and independently formed in the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured by 6A. Assuming that the fluid to be measured 3 flows from the lower side to the upper side in FIG. 6 due to the focus arrangement of the wavelengths λ 1, λ 2, and λ 1, the semiconductor light receiving element 20 a outputs one pulse after the semiconductor light receiving element 20 a is output by the fine particles P existing in the fluid to be measured 3. The light receiving element 20b outputs one pulse, and further the semiconductor light receiving element 2
0a outputs one pulse larger than the previous one pulse output. Assuming that a flow is generated from the upper side to the lower side in FIG. 6, the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse and then the semiconductor light receiving element 2
0b outputs one pulse, and the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse smaller than the previous one pulse output. By comparing the pulse outputs, the flow direction can be known.

【0050】図7は、本発明に係るレーザ流速計の第4
実施形態を示すものである。
FIG. 7 shows a fourth example of the laser velocity meter according to the present invention.
1 shows an embodiment.

【0051】この実施形態に示されたレーザ流速計11
Cは、レーザ装置を構成する2つの半導体レーザの配置
を除いて、図5に示したレーザ流速計11Bと構成を同
じくするので同一部品には同一符号を付して説明を省略
する。
The laser anemometer 11 shown in this embodiment
C has the same structure as the laser velocity meter 11B shown in FIG. 5 except for the arrangement of the two semiconductor lasers that form the laser device, and therefore the same parts are designated by the same reference numerals and description thereof is omitted.

【0052】図7に示すレーザ流速計11Cは、図5に
示されたレーザ流速計11Bとは波長λ1 用の半導体レ
ーザ12aと波長λ2 用の半導体レーザ12bの配置を
交換し、入れ換えたものである。半導体レーザ12a,
12bを図5に示された半導体レーザと入れ換えること
により、各半導体レーザ12a,12bから出力された
レーザ光la,lbのうち、一方のレーザ光lbが2本
のレーザ光lb1 ,lb2 に分割され、3本のレーザ光
1a,lb1 ,lb2 となって走査光学系16Bに走査
され、集光手段としての集光レンズ15より、被測定流
体3の測定領域3aに図8に示すように、波長λ2 ,λ
1 ,λ2 の3つの焦点を等間隔をおいて持つように絞ら
れ、集光される。
The laser velocimeter 11C shown in FIG. 7 is obtained by exchanging the laser velocimeter 11B shown in FIG. 5 with a semiconductor laser 12a for wavelength λ1 and a semiconductor laser 12b for wavelength λ2. is there. Semiconductor laser 12a,
By replacing 12b with the semiconductor laser shown in FIG. 5, one of the laser lights la and lb output from the semiconductor lasers 12a and 12b is divided into two laser lights lb1 and lb2. The three laser beams 1a, 1b1, and 1b2 are scanned by the scanning optical system 16B, and the condensing lens 15 as the condensing means causes the wavelength to be measured in the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured as shown in FIG. λ 2, λ
It is focused and focused so that it has three focal points of 1 and λ2 at equal intervals.

【0053】この測定領域3aに被測定流体3を流すこ
とにより、被測定流体3中に存在する微粒子Pも同速度
で浮遊状態で測定領域3aを流れ、3つの焦点を順に通
過する。
By flowing the fluid to be measured 3 into the measurement area 3a, the fine particles P existing in the fluid 3 to be measured also flow in the measurement area 3a at the same speed in a floating state and pass through the three focal points in order.

【0054】微粒子Pが3つの焦点を順に通過すると
き、照射されるレーザ光lb1 ,1a,lb2 を順に散
乱させる。この散乱(反射)レーザ光は反射光学系21
の集光レンズ15で平行光にされる。この平行レーザ光
は続いて干渉フィルタ18a,18bにより透過レーザ
光の波長λ1 ,λ2 が選択され、集光レンズ19a,1
9bに集光されて光電変換手段としての半導体受光素子
20a,20b上に受光せしめられる。半導体受光素子
20a,20bからの電気信号は信号処理手段としての
信号処理器23に入力され、この信号処理器23で信号
処理される。
When the fine particles P pass through the three focal points in order, the irradiated laser beams lb1, 1a, lb2 are scattered in order. The scattered (reflected) laser light is reflected by the reflection optical system 21.
It is made into parallel light by the condenser lens 15. The wavelengths λ1 and λ2 of the transmitted laser light of the parallel laser light are subsequently selected by the interference filters 18a and 18b, and the condenser lenses 19a and 1a are selected.
The light is focused on 9b and received on the semiconductor light receiving elements 20a and 20b as photoelectric conversion means. The electric signals from the semiconductor light receiving elements 20a and 20b are input to a signal processor 23 as signal processing means, and the signal processor 23 processes the signals.

【0055】信号処理器23には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、測定領域3aを通
過する微粒子Pの速度とその流れの方向を演算処理して
求めている。具体的には、微粒子Pが測定領域3aの第
1焦点と第2焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Pが
第2焦点と第3焦点を通過する時間間隔を測定し、両時
間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間隔で割っ
て微粒子Pの流速を演算する。微粒子Pが第1焦点と第
2焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Pが第2焦点と
第3焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、信号デ
ータにノイズが入ったとして流速計算を中止する。
A pulsed electric signal corresponding to the scattered laser light is input to the signal processor 23, and the velocity of the fine particles P passing through the measurement region 3a and the direction of the flow thereof are calculated and obtained. Specifically, the time interval at which the fine particles P pass the first focus and the second focus of the measurement area 3a and the time interval at which the fine particles P pass the second focus and the third focus are measured, and both time intervals are equal. In this case, the flow distance of the fine particles P is calculated by dividing the focal length by this time interval. When the time interval for the particle P to pass the first focus and the second focus and the time interval for the particle P to pass the second focus and the third focus are not equal, the flow velocity calculation is stopped because there is noise in the signal data. .

【0056】また、レーザ流速計11Cは走査光学系1
6Bにより被測定流体3の測定領域3aに図8に示すよ
うに、波長λ2 ,λ1 ,λ2 の3つの焦点を順に独立し
て形成している。この波長λ2 ,λ1 ,λ2 の焦点配置
により、被測定流体3が図8の下方より上方に流れたと
すると、被測定流体3中に存在する微粒子Pにより半導
体受光素子20bが1パルスの電気信号出力後、半導体
受光素子20aが1パルス出力し、さらに半導体受光素
子20bが前回の1パルス出力より小さな1パルスを出
力する。図8の上方より下方に流れが生じたとすると、
半導体受光素子20bが1パルス出力後、半導体受光素
子20aが1パルス出力し、さらに半導体受光素子20
bが前回の1パルス出力より大きな1パルスを出力する
ことになり、出力されたパルス信号の比較により流れの
方向が分かる。
The laser velocity meter 11C is the scanning optical system 1
As shown in FIG. 8, three focal points of wavelengths .lambda.2, .lambda.1 and .lambda.2 are sequentially formed independently in the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured by 6B. Assuming that the fluid 3 to be measured flows upward from the lower part of FIG. 8 due to the focus arrangement of the wavelengths λ 2, λ 1, and λ 2, the semiconductor light receiving element 20 b outputs one pulse of electric signal by the fine particles P existing in the fluid 3 to be measured. Then, the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse, and the semiconductor light receiving element 20b outputs one pulse smaller than the previous one pulse output. Assuming that a flow occurs from the upper side to the lower side in FIG. 8,
The semiconductor light receiving element 20b outputs one pulse, and then the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse.
b outputs one pulse larger than the previous one pulse output, and the direction of the flow can be known by comparing the output pulse signals.

【0057】図9は、本発明に係るレーザ流速計の第5
実施形態を示すものである。
FIG. 9 shows a fifth example of the laser anemometer according to the present invention.
1 shows an embodiment.

【0058】この実施形態に示されたレーザ流速計11
Dは図1に示されたレーザ流速計11とは走査光学系1
6Cの配置構造を基本的に異にし、他の構成は実質的に
異ならないので同一符号を付して説明を省略する。
Laser velocity meter 11 shown in this embodiment
D is a scanning optical system 1 from the laser velocity meter 11 shown in FIG.
The arrangement structure of 6C is basically different, and other configurations are not substantially different, and therefore, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

【0059】図9に示すレーザ流速計11Dはレーザ装
置として波長の異なる2つの半導体レーザ12a,12
bを用意し、各半導体レーザ12a,12bから出力さ
れるレーザ光の光軸上にコリメータとしてのコリメータ
レンズ13a,13bを2個設けた構成は、図1に示す
レーザ流速計11と異ならない。図9のレーザ流速計1
1Dは各コリメータレンズ13a,13bの出力側にレ
ーザ光を2つのレーザ光に等強度に分割するビームスプ
リッタ14a,14bをそれぞれ設ける。各ビームスプ
リッタ14a,14bの出力側には分割された波長λ1
のレーザ光la1 ,1a2 と波長λ2 のレーザ光lb1
,1b2 を2本づつ被測定流体3の測定領域3aに集
光させる集光手段として集光レンズ15を設けて走査光
学系16Cを構成している。
A laser velocimeter 11D shown in FIG. 9 is a semiconductor laser device including two semiconductor lasers 12a, 12 having different wavelengths.
The configuration in which b is prepared and two collimator lenses 13a and 13b as collimators are provided on the optical axes of the laser beams output from the respective semiconductor lasers 12a and 12b is not different from the laser velocity meter 11 shown in FIG. Laser velocity meter 1 in FIG. 9
1D is provided with beam splitters 14a and 14b for splitting a laser beam into two laser beams with equal intensity on the output side of each collimator lens 13a and 13b. On the output side of each beam splitter 14a, 14b, the split wavelength λ1
Laser light la1, 1a2 and laser light lb1 of wavelength λ2
, 1b2 each of which is focused on the measurement region 3a of the fluid to be measured 3 is provided with a condenser lens 15 as a condensing optical system 16C.

【0060】波長λ1 と波長λ2 を2本づつ計4本のレ
ーザ光la1 ,la2 ,lb1 ,1b2 は走査光学系1
6Cの集光レンズ15により集束され、被測定流体3の
測定領域3aに4つの焦点を等間隔をおいて有するよう
に集光される。各焦点は図10に示すように、波長λ1
,λ1 ,λ2 ,λ2 の順に形成される焦点配置を有す
る。4本のレーザ光la1 ,la2 ,lb1 ,1b2 は
その直径が集光レンズ15によりレンズ焦点位置で最小
直径まで絞り込まれ、波長λ1 ,λ1 ,λ2 ,λ2 の4
つの焦点を形成した後、また次第に拡開されるようにな
っている。
A total of four laser beams la1, la2, lb1, and 1b2 each having two wavelengths λ1 and λ2 are used in the scanning optical system 1.
It is focused by the condenser lens 15 of 6C and is condensed so as to have four focal points at equal intervals in the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured. Each focus has a wavelength λ1 as shown in FIG.
, Λ1, λ2, λ2 are formed in this order. The diameters of the four laser beams la1, la2, lb1, and 1b2 are narrowed down by the condenser lens 15 to the minimum diameter at the lens focus position, and the four wavelengths λ1, λ1, λ2, and λ2 are obtained.
After forming one focal point, it is gradually expanding again.

【0061】測定領域3aに被測定流体3を流すことに
より、被測定流体3中に存在し、浮遊する微粒子Pも同
速度で流れ、4つの焦点を順次通過する。微粒子Pが4
つの焦点を通過するとき、照射レーザ光la1 ,la2
,lb1 ,1b2 を散乱させる。散乱レーザ光は続い
て反射光学系21の集光レンズ15に集められて平行光
にされる。この平行レーザ光は干渉フィルタ18a,1
8bの使用により透過光の波長λ1 ,λ2 が選択され、
一方の干渉フィルタ18aにより波長λ1 のレーザ光
が、他方の干渉フィルタ18bにより波長λ2 のレーザ
光が選択され、透過される。
By flowing the fluid to be measured 3 into the measurement area 3a, the fine particles P existing in the fluid to be measured 3 and floating also flow at the same speed and sequentially pass through the four focal points. 4 particles P
Irradiation laser light la1, la2 when passing through one focal point
, Lb1 and 1b2 are scattered. The scattered laser light is then collected by the condenser lens 15 of the reflection optical system 21 and made into parallel light. This collimated laser light is emitted from the interference filters 18a, 1
The wavelengths λ1 and λ2 of the transmitted light are selected by using 8b,
One interference filter 18a selects the laser light of wavelength λ1 and the other interference filter 18b selects and transmits the laser light of wavelength λ2.

【0062】波長λ1 とλ2 の透過レーザ光は続いて集
光レンズ19a,19bにより集光され、光電変換手段
としての小形の半導体受光素子20a,20bに受光さ
れ、この半導体受光素子20a,20bで電気信号に変
換される。半導体受光素子20a,20bからの電気信
号は、信号処理手段としての信号処理器23に入力され
て信号処理される。
The transmitted laser beams of wavelengths λ1 and λ2 are subsequently condensed by condenser lenses 19a and 19b and received by small semiconductor light receiving elements 20a and 20b as photoelectric conversion means. It is converted into an electric signal. The electric signals from the semiconductor light receiving elements 20a and 20b are input to the signal processor 23 as a signal processing means and subjected to signal processing.

【0063】信号処理器23には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、入力された電気信
号から測定領域3aを通過する微粒子Pの速度とその流
れの方向を演算処理して求めている。具体的には、被測
定流体3中に存在する微粒子Pが第1焦点と第2焦点を
通過する時間間隔とこの微粒子Pが第3焦点と第4焦点
を通過する時間間隔とを計測し、両時間間隔が等しい場
合、焦点間距離をこの時間間隔で割って微粒子Pの流速
を演算する。微粒子Pが第1焦点と第2焦点を通過する
時間間隔とこの微粒子Pが第3焦点と第4焦点を通過す
る時間間隔が等しくない場合、信号データにノイズが入
ったとして流速計算を中止する。
A pulsed electric signal corresponding to the scattered laser light is input to the signal processor 23, and the velocity of the fine particles P passing through the measurement region 3a and the flow direction thereof are arithmetically processed from the input electric signal. I am asking for. Specifically, the time interval at which the fine particles P existing in the fluid to be measured 3 pass through the first focus and the second focus and the time interval at which the fine particles P pass through the third focus and the fourth focus are measured, When both time intervals are the same, the flow distance of the fine particles P is calculated by dividing the focal length by this time interval. If the time interval for the particle P to pass through the first focus and the second focus and the time interval for the particle P to pass through the third focus and the fourth focus are not equal, the flow velocity calculation is stopped because there is noise in the signal data. .

【0064】また、レーザ流速計11Dは走査光学系1
6Cにより被測定流体3の測定領域3aに図10に示す
ように、波長λ1 ,λ1 ,λ2 ,λ2 の4つの焦点を順
に独立して等間隔に形成している。この波長λ1 ,λ1
,λ2 ,λ2 の焦点配置により、被測定流体3が図1
0において下方から上方に流れるとすると、被測定流体
3中に存在する微粒子Pにより半導体受光素子20bが
2パルス出力後、半導体受光素子20aが2パルス出力
する。図10の上方より下方に流れが生じたとすると、
半導体受光素子20aが2パルス出力後、半導体受光素
子20bが2パルス出力することになり、被測定流体3
の流れ方向が分かる。
The laser velocity meter 11D is the scanning optical system 1
As shown in FIG. 10, four focal points of wavelengths .lambda.1, .lambda.1, .lambda.2, .lambda.2 are formed independently at equal intervals in the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured by 6C. This wavelength λ1, λ1
, Λ2, and λ2 are arranged so that the fluid 3 to be measured is shown in FIG.
If it is assumed that the fluid flows from the lower side to the upper side at 0, the semiconductor light receiving element 20b outputs 2 pulses after the semiconductor light receiving element 20b outputs 2 pulses by the fine particles P existing in the fluid to be measured 3. If a flow occurs below the upper side of FIG. 10,
After the semiconductor light receiving element 20a outputs 2 pulses, the semiconductor light receiving element 20b outputs 2 pulses.
You can see the flow direction of.

【0065】このレーザ流速計11Dにおいては、小形
の2つの半導体レーザ12a,12bからの出力レーザ
光la,lbをそれぞれ分割して被測定流体3の測定領
域3aを形成する4つの焦点として集光させることによ
り、測定領域に干渉縞を形成する従来のレーザドップラ
流速計より多くの反射レーザ光量が得られる。これによ
り、光電変換手段として小型の半導体受光素子20a,
20bを用いても、信号処理に充分なS/N比の電気信
号が得られる。
In this laser velocimeter 11D, the output laser beams la and lb from the two small semiconductor lasers 12a and 12b are respectively divided and focused as four focal points forming the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured. By doing so, a larger amount of reflected laser light can be obtained as compared with the conventional laser Doppler velocimeter that forms interference fringes in the measurement region. As a result, a small semiconductor light receiving element 20a serving as a photoelectric conversion unit,
Even if 20b is used, an electric signal having a sufficient S / N ratio for signal processing can be obtained.

【0066】また、半導体レーザ12a,12bから半
導体受光素子20a,20bに至る測定光学系22を光
学的に一体に組み立てることができ、測定流体3の流速
測定に際して光軸調整が不要となり、長寿命で保守が容
易となる。しかも、測定光学系22は小形の半導体レー
ザ12a,12bや半導体受光素子20a,20bを採
用することにより、例えば直径50mm,長さ150mm程
度の小型でコンパクトなハンディタイプとすることがで
き、機動性が向上する。
Further, the measuring optical system 22 from the semiconductor lasers 12a and 12b to the semiconductor light receiving elements 20a and 20b can be optically assembled integrally, and the optical axis adjustment is not required when measuring the flow velocity of the measuring fluid 3, so that the life is long. Makes maintenance easier. Moreover, the measuring optical system 22 can be made into a small and compact handy type having a diameter of 50 mm and a length of 150 mm, for example, by adopting the small semiconductor lasers 12a and 12b and the semiconductor light receiving elements 20a and 20b. Is improved.

【0067】さらに、レーザ流速計11Dを構成する測
定光学系22は小型でコンパクトに設計されるため、測
定場所への携帯や測定のための設定や他の機器への組付
けが容易となり、被測定流体3の流速のみならず、その
流れ方向も簡単にかつ正確に測定することができる。し
かも、被測定流体3の流れ方向の測定により、流速をよ
り正確に測定できる。
Further, since the measurement optical system 22 constituting the laser anemometer 11D is designed to be small and compact, it is easy to carry it to the measurement place, make settings for the measurement, and assemble it to other equipment. Not only the flow velocity of the measurement fluid 3 but also its flow direction can be measured easily and accurately. Moreover, the flow velocity can be measured more accurately by measuring the flow direction of the fluid to be measured 3.

【0068】図11は、本発明に係るレーザ流速計の第
6実施形態を示すものである。
FIG. 11 shows a sixth embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【0069】このレーザ流速計11Eは反射光学系21
Aの配置構成を図9に示されたレーザ流速計11Dと異
にし、他の構成は実質的に異ならないので、同一符号を
付して説明を省略する。図11に示されたレーザ流速計
11Eは、反射光学系21Aを構成する2つの干渉フィ
ルタ18a,18bを交換し、入れ換えたものである。
すなわち、波長λ1 のレーザ光を通す一方の干渉フィル
タ18aを集光レンズ19bを介して光電変換手段であ
る他方の半導体受光素子20bと組み合せ、波長λ2 用
の他方の干渉フィルタ18bを集光レンズ19aを介し
て一方の半導体受光素子20aと組み合せたものであ
る。
This laser anemometer 11E has a reflection optical system 21.
Since the arrangement configuration of A is different from that of the laser velocity meter 11D shown in FIG. 9 and other configurations are substantially the same, the same reference numerals are given and description thereof will be omitted. The laser velocimeter 11E shown in FIG. 11 is obtained by exchanging and exchanging the two interference filters 18a and 18b forming the reflection optical system 21A.
That is, one interference filter 18a that passes laser light of wavelength .lambda.1 is combined with the other semiconductor light receiving element 20b, which is a photoelectric conversion means, via the condenser lens 19b, and the other interference filter 18b for wavelength .lambda.2 is combined with the condenser lens 19a. It is combined with one of the semiconductor light receiving elements 20a via the.

【0070】このレーザ流速計11Eにおいて、測定領
域3aに被測定流体3を流すことにより、被測定流体3
中に存在する微粒子Pも同じ速度で測定領域3aを流
れ、波長λ1 ,λ1 ,λ2 ,λ2 の4つの焦点を順次通
過する。
In this laser velocimeter 11E, the fluid to be measured 3 is made to flow by flowing the fluid to be measured 3 into the measurement area 3a.
The fine particles P present therein also flow through the measurement region 3a at the same speed, and successively pass through the four focal points of wavelengths λ1, λ1, λ2, and λ2.

【0071】微粒子Pが4つの焦点を通過するとき、照
射されるレーザ光la1 ,la2 ,lb1 ,lb2 を順
次散乱させる。この散乱レーザ光は反射光学系21Aの
集光レンズ15で平行光にされる。この平行レーザ光は
続いて2つの干渉フィルタ18a,18bにより透過レ
ーザ光の波長が選択される。一方の干渉フィルタ18
a,18bは波長λ1 のレーザ光を、他方の干渉フィル
タ18bは波長λ2 のレーザ光をそれぞれ選択して透過
させる。干渉フィルタ18a,18bにより波長が選択
されて透過されたレーザ光は集光レンズ19a,19b
により集光され、半導体受光素子20a,20b上に受
光せしめられる。この半導体受光素子20a,20bか
らの電気信号は信号処理手段としての信号処理器23に
入力されて信号処理される。
When the fine particles P pass through the four focal points, the emitted laser beams la1, la2, lb1 and lb2 are scattered in order. The scattered laser light is collimated by the condenser lens 15 of the reflection optical system 21A. The wavelength of the transmitted laser light of the parallel laser light is subsequently selected by the two interference filters 18a and 18b. One interference filter 18
a and 18b select the laser light of wavelength .lambda.1 and the other interference filter 18b selects and transmits the laser light of wavelength .lambda.2. The laser beams whose wavelengths have been selected and transmitted by the interference filters 18a and 18b are collected by the condenser lenses 19a and 19b.
The light is collected by and is received on the semiconductor light receiving elements 20a and 20b. The electric signals from the semiconductor light receiving elements 20a and 20b are input to the signal processor 23 as a signal processing means and processed.

【0072】信号処理器23には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、測定領域3aを通
過する微粒子Pの速度とその流れの方向を演算処理して
求めている。具体的には、測定領域3aを通る微粒子P
が第1焦点と第2焦点を通過する時間間隔とこの微粒子
Pが第3焦点と第4焦点を通過する時間間隔を測定し、
両時間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間隔で
割って微粒子Pの流速を演算する。微粒子Pが第1焦点
と第2焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Pが第3焦
点と第4焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、信
号データにノイズが入ったとして流速計算を中止する。
A pulsed electric signal corresponding to the scattered laser light is input to the signal processor 23, and the velocity of the fine particles P passing through the measurement region 3a and the direction of the flow thereof are calculated and obtained. Specifically, the fine particles P passing through the measurement area 3a
Measuring the time interval during which the particles pass through the first focus and the second focus and the time interval during which the particles P pass through the third focus and the fourth focus,
When both time intervals are the same, the flow distance of the fine particles P is calculated by dividing the focal length by this time interval. If the time interval for the particle P to pass through the first focus and the second focus and the time interval for the particle P to pass through the third focus and the fourth focus are not equal, the flow velocity calculation is stopped because there is noise in the signal data. .

【0073】また、レーザ流速計11Eは走査光学系2
1Aにより被測定流体3の測定領域3aに図12に示す
ように、波長λ1 ,λ1 ,λ2 ,λ2 の4つの焦点を順
に独立して形成している。波長λ1 ,λ1 ,λ2 ,λ2
の焦点配置により被測定流体3が図12の下方より上方
に流れたとすると、被測定流体3中の微粒子Pにより半
導体受光素子20aが2パルス出力後、半導体受光素子
20bが2パルス出力する。図12の上方より下方に流
れが生じたとすると、半導体受光素子20bが2パルス
出力後、半導体受光素子20aが2パルス出力すること
になり、微粒子Pの流れ方向、ひいては被測定流体3の
流れ方向が分かる。
Further, the laser velocity meter 11E is the scanning optical system 2
As shown in FIG. 12, four focal points of wavelengths λ1, λ1, λ2, and λ2 are sequentially formed independently in the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured by 1A. Wavelengths λ1, λ1, λ2, λ2
Assuming that the fluid to be measured 3 flows upward from below in FIG. 12 due to the focal point arrangement, the semiconductor light receiving element 20a outputs 2 pulses after the semiconductor light receiving element 20a outputs 2 pulses due to the fine particles P in the fluid to be measured 3. If a flow occurs from the upper side to the lower side in FIG. 12, the semiconductor light receiving element 20b outputs two pulses, and then the semiconductor light receiving element 20a outputs two pulses, and the flow direction of the fine particles P, and thus the flow direction of the fluid 3 to be measured. I understand.

【0074】図13は、本発明に係るレーザ流速計の第
7実施形態を示したものである。
FIG. 13 shows a seventh embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【0075】この実施形態に示されたレーザ流速計11
Fは、走査光学系16Dの2つのコリメータレンズ13
a,13bの出力側に2つのビームスプリッタ24a,
24bをそれぞれ配置し、各ビームスプリッタ24a,
24bで等強度に分割された各2本のレーザ光la1 ,
la2 ,lb1 ,lb2 の一方を互いに交差させ、集光
手段としての集光レンズ15により集光される4つの焦
点を波長λ1 ,λ2 ,λ1 ,λ2 の焦点配置としてい
る。他の構成は、図9に示されたレーザ流速計11Dと
異ならないので、同一符号を付して説明を省略する。
Laser velocity meter 11 shown in this embodiment
F is the two collimator lenses 13 of the scanning optical system 16D.
two beam splitters 24a on the output side of a and 13b,
24b respectively, and each beam splitter 24a,
Two laser lights la1 divided into equal intensity by 24b,
One of la2, lb1 and lb2 is crossed with each other, and the four focal points condensed by the condensing lens 15 as the condensing means have the focal points of wavelengths λ1, λ2, λ1 and λ2. The other configurations are not different from those of the laser velocity meter 11D shown in FIG. 9, and thus the same reference numerals are given and the description thereof will be omitted.

【0076】このレーザ流速計11Fは走査光学系16
Dを構成するビームスプリッタ24a,24bと集光レ
ンズ15とを組み合せて被測定流体3の測定領域3aに
4つの焦点を波長λ1 ,λ2 ,λ1 ,λ2 の順に形成し
ている。測定領域3aに形成される4つの焦点は図14
に示すように焦点距離が等しく、波長λ1 ,λ2 ,λ1
,λ2 の焦点配置とされ、照射レーザ光の直径は集光
レンズ15により4つの焦点で最小直径まで絞られた
後、再び拡大するようになっている。
This laser anemometer 11F has a scanning optical system 16
By combining the beam splitters 24a and 24b constituting D and the condenser lens 15, four focal points are formed in the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured in the order of wavelengths λ1, λ2, λ1 and λ2. The four focal points formed in the measurement area 3a are shown in FIG.
As shown in, the focal lengths are equal and the wavelengths λ1, λ2, λ1
, Λ2, and the diameter of the irradiation laser beam is narrowed down to the minimum diameter by the converging lens 15 at four focal points, and then expanded again.

【0077】この測定領域3aに被測定流体3を流すこ
とにより、測定流体3中に存在する微粒子Pも同じ速度
で測定領域3aを流れ、4つの焦点を順に通過する。微
粒子Pが4つの焦点通過すると、微粒子Pが照射レーザ
光la1 ,la2 ,lb1 ,lb2 を散乱させる。この
散乱レーザ光は反射光学系21の集光レンズ15で集光
されて平行光にされる。
By flowing the fluid to be measured 3 into the measurement area 3a, the fine particles P existing in the measurement fluid 3 also flow in the measurement area 3a at the same speed and pass through the four focal points in order. When the fine particles P pass through the four focal points, the fine particles P scatter the irradiation laser light la1, la2, lb1, and lb2. The scattered laser light is condensed by the condenser lens 15 of the reflection optical system 21 to be parallel light.

【0078】この平行レーザ光は干渉フィルタ18a,
18bにより透過レーザ光の波長λ1 ,λ2 が選択さ
れ、透過された波長λ1 ,λ2 のレーザ光は、集光レン
ズ19a,19bにてさらに集光され、光電変換手段と
しての小型の半導体受光素子20a,20b上に受光さ
れる。この半導体受光素子20a,20bからの電気信
号は、信号処理手段としての信号処理器23に入力さ
れ、この信号処理器23で信号処理される。
This collimated laser beam is emitted by the interference filter 18a,
The wavelengths λ1 and λ2 of the transmitted laser light are selected by 18b, and the transmitted laser light of the wavelengths λ1 and λ2 is further condensed by the condenser lenses 19a and 19b, and a small semiconductor light receiving element 20a as photoelectric conversion means. , 20b is received. The electric signals from the semiconductor light receiving elements 20a and 20b are input to a signal processor 23 as a signal processing means and processed by the signal processor 23.

【0079】信号処理器23には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、入力された電気信
号から測定領域3aを通過する微粒子Pの速度とその流
れの方向を演算処理して求めている。具体的には、微粒
子Pが第1焦点と第2焦点を通過する時間間隔とこの微
粒子Pが第3焦点と第4焦点を通過する時間間隔とを求
め、両時間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間
隔で割って微粒子の流速を演算する。微粒子Pが第1焦
点と第2焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Pが第3
焦点と第4焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、
信号データにノイズが入ったとして流速計算を中止す
る。
A pulsed electric signal corresponding to the scattered laser light is input to the signal processor 23, and the velocity and direction of flow of the fine particles P passing through the measurement region 3a are arithmetically processed from the input electric signal. I am asking for. Specifically, the time interval for the fine particles P to pass the first focus and the second focus and the time interval for the fine particles P to pass the third focus and the fourth focus are determined. The flow velocity of the particles is calculated by dividing the distance by this time interval. The time interval during which the fine particles P pass the first focus and the second focus and the fine particles P are
If the time intervals for passing the focal point and the fourth focal point are not equal,
Stop the flow velocity calculation because there is noise in the signal data.

【0080】また、レーザ流速計11Fは走査光学系1
6Dにより被測定流体3の測定領域3aに図14に示す
ように、波長λ1 ,λ2 ,λ1 ,λ2 の4つの焦点を順
に独立して形成している。この波長λ1 ,λ2 ,λ1 ,
λ2 の焦点配置により、被測定流体3が図14において
下方から上方に流れたとすると、被測定流体3中に存在
する微粒子Pにより半導体受光素子20bが1パルス出
力後、半導体受光素子20aが1パルス出力し、さらに
半導体受光素子20bが前回の半導体受光素子20bの
1パルス出力より小さい1パルス出力後、半導体受光素
子20aが前回の1パルス出力より大きい1パルスを出
する。図14の上方より下方に流れが生じたとすると、
半導体受光素子20aが1パルス出力後、半導体受光素
子20bが1パルス出力し、さらに半導体受光素子20
aが前回の1パルス出力より小さな1パルス出力後、半
導体受光素子20bが前回の1パルス出力より大きい1
パルス出力をすることになり、パルス出力を比較するこ
とにより流れ方向が分かる。
The laser velocity meter 11F is the scanning optical system 1
As shown in FIG. 14, four focal points of wavelengths λ1, λ2, λ1, and λ2 are sequentially formed independently in the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured by 6D. This wavelength λ 1, λ 2, λ 1,
Assuming that the fluid to be measured 3 flows from the lower side to the upper side in FIG. 14 due to the focal point arrangement of λ2, the semiconductor light receiving element 20b outputs 1 pulse after the semiconductor light receiving element 20b outputs 1 pulse by the fine particles P existing in the fluid to be measured 3. After the semiconductor light receiving element 20b outputs one pulse smaller than the one pulse output of the previous semiconductor light receiving element 20b, the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse larger than the previous one pulse output. Assuming that a flow occurs below the upper side of FIG. 14,
The semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse, and then the semiconductor light receiving element 20b outputs one pulse.
a is smaller than the previous 1-pulse output, the semiconductor light-receiving element 20b is larger than the previous 1-pulse output by 1
Since pulse output is performed, the flow direction can be known by comparing the pulse outputs.

【0081】図15は本発明に係るレーザ流速計の第8
実施形態を示すものである。
FIG. 15 shows an eighth laser velocimeter according to the present invention.
1 shows an embodiment.

【0082】この実施形態に示されたレーザ流速計11
Gは、反射光学系21Aの配置構成を図13に示された
配置構成と異にしたものである。他の構成は、図13に
示されたレーザ流速計11Fと異ならないので同一符号
を付して説明を省略する。図15に示されたレーザ流速
計11Gは反射光学系21Aを構成する2つの干渉フィ
ルタ18a,18bの配置を図13に示されたレーザ流
速計11Fと逆にし、2つの干渉フィルタ18a,18
bを入れ換えたものである。
Laser velocity meter 11 shown in this embodiment
G shows the arrangement configuration of the reflective optical system 21A different from that shown in FIG. Since other configurations are the same as those of the laser velocity meter 11F shown in FIG. 13, the same reference numerals are given and description thereof is omitted. The laser velocimeter 11G shown in FIG. 15 has two interference filters 18a and 18b constituting the reflection optical system 21A arranged reversely to the laser velocimeter 11F shown in FIG.
It is the one in which b is replaced.

【0083】すなわち、波長λ1 のレーザ光を通す一方
の干渉フィルタ18aは集光レンズ19bを介して他方
の半導体受光素子20bと組み合せ、波長λ2 用の他方
の干渉フィルタ18bは集光レンズ19aを介して一方
の半導体受光素子20aと組み合せたものである。
That is, one interference filter 18a for transmitting the laser beam of wavelength λ1 is combined with the other semiconductor light receiving element 20b via the condenser lens 19b, and the other interference filter 18b for wavelength λ2 is transmitted through the condenser lens 19a. One of them is combined with one of the semiconductor light receiving elements 20a.

【0084】このレーザ流速計11Gは、測定領域3a
に被測定流体3を流すことにより、被測定流体3中に存
在する微粒子Pも同じ速度で測定領域3aを流れ、波長
λ1,λ2 ,λ1 ,λ2 の4つの焦点を順次通過する。
This laser anemometer 11G has a measuring area 3a.
By flowing the fluid 3 to be measured, the fine particles P existing in the fluid 3 to be measured also flow at the same speed in the measurement region 3a and sequentially pass through the four focal points of wavelengths λ1, λ2, λ1 and λ2.

【0085】微粒子Pが4つの焦点を通過するとき、照
射されるレーザ光la1 ,lb1 ,la2 ,lb2 を順
次散乱させる。この散乱レーザ光は反射光学系21Aの
集光レンズ15で平行光にされる。この平行レーザ光は
続いて2つの干渉フィルタ18a,18bにより透過レ
ーザ光の波長が選択される。一方の干渉フィルタ18
a,18bは波長λ1 のレーザ光を、他方の干渉フィル
タ18bは波長λ2 のレーザ光をそれぞれ選択して透過
させる。干渉フィルタ18a,18bにより波長が選択
されて透過されたレーザ光は集光レンズ19a,19b
により集光され、半導体受光素子20a,20b上に受
光せしめられる。この半導体受光素子20a,20bか
らの電気信号は信号処理手段としての信号処理器23に
入力されて信号処理される。
When the fine particles P pass through the four focal points, the irradiated laser beams la1, lb1, la2, lb2 are sequentially scattered. The scattered laser light is collimated by the condenser lens 15 of the reflection optical system 21A. The wavelength of the transmitted laser light of the parallel laser light is subsequently selected by the two interference filters 18a and 18b. One interference filter 18
a and 18b select the laser light of wavelength .lambda.1 and the other interference filter 18b selects and transmits the laser light of wavelength .lambda.2. The laser beams whose wavelengths have been selected and transmitted by the interference filters 18a and 18b are collected by the condenser lenses 19a and 19b.
The light is collected by and is received on the semiconductor light receiving elements 20a and 20b. The electric signals from the semiconductor light receiving elements 20a and 20b are input to the signal processor 23 as a signal processing means and processed.

【0086】信号処理器23には、散乱レーザ光に対応
するパルス状の電気信号が入力され、測定領域3aを通
過する微粒子Pの速度とその流れの方向を演算処理して
求めている。具体的には、測定領域3aを通る微粒子P
が第1焦点と第2焦点を通過する時間間隔とこの微粒子
Pが第3焦点と第4焦点を通過する時間間隔を測定し、
両時間間隔が等しい場合、焦点間距離をこの時間間隔で
割って微粒子Pの流速を演算する。微粒子Pが第1焦点
と第2焦点を通過する時間間隔とこの微粒子Pが第3焦
点と第4焦点を通過する時間間隔が等しくない場合、信
号データにノイズが入ったとして流速計算を中止する。
A pulsed electric signal corresponding to the scattered laser light is input to the signal processor 23, and the velocity of the fine particles P passing through the measurement region 3a and the direction of the flow thereof are calculated and obtained. Specifically, the fine particles P passing through the measurement area 3a
Measuring the time interval during which the particles pass through the first focus and the second focus and the time interval during which the particles P pass through the third focus and the fourth focus,
When both time intervals are the same, the flow distance of the fine particles P is calculated by dividing the focal length by this time interval. If the time interval for the particle P to pass through the first focus and the second focus and the time interval for the particle P to pass through the third focus and the fourth focus are not equal, the flow velocity calculation is stopped because there is noise in the signal data. .

【0087】また、レーザ流速計11Gは走査光学系1
6Dにより被測定流体3の測定領域3aに図16に示す
ように、波長λ1 ,λ2 ,λ1 ,λ2 の4つの焦点を順
に独立して形成している。波長λ1 ,λ2 ,λ1 ,λ2
の焦点配置により被測定流体3が図16の下方より上方
に流れたとすると、被測定流体3中の微粒子Pにより半
導体受光素子20aが1パルス出力後、半導体受光素子
20bが1パルス出力し、さらに、半導体受光素子20
aが前回の1パルス出力より大きい1パルス出力後、半
導体受光素子20bが前回の1パルス出力より小さい1
パルスを出力する。図16の上方より下方に流れが生じ
たとすると、半導体受光素子20bが1パルス出力後、
半導体受光素子20aが1パルス出力し、さらに、半導
体受光素子20bが前回の1パルス出力より大きい1パ
ルス出力後、半導体受光素子20aが前回の1パルス出
力より小さい1パルスを出力することになり、微粒子P
の流れ方向、ひいては被測定流体3の流れ方向が分か
る。
Further, the laser velocity meter 11G is the scanning optical system 1
As shown in FIG. 16, four focal points of wavelengths λ1, λ2, λ1, and λ2 are sequentially formed independently in the measurement region 3a of the fluid 3 to be measured by 6D. Wavelengths λ1, λ2, λ1, λ2
16, the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse after the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse due to the fine particles P in the fluid to be measured 3 and the semiconductor light receiving element 20b outputs one pulse. , Semiconductor light receiving element 20
a is larger than the previous 1-pulse output, the semiconductor light-receiving element 20b is smaller than the previous 1-pulse output 1
Output pulse. Assuming that a flow is generated from above in FIG. 16 to below, after the semiconductor light receiving element 20b outputs one pulse,
The semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse, and after the semiconductor light receiving element 20b outputs one pulse larger than the previous one pulse output, the semiconductor light receiving element 20a outputs one pulse smaller than the previous one pulse output. Fine particle P
The flow direction of, and consequently the flow direction of the fluid 3 to be measured is known.

【0088】なお、本発明に係るレーザ流速計の各実施
形態においては、走査光学系のコリメータとして透過型
コリメータを用いた例を示したが、反射型コリメータを
採用してもよい。反射型コリメータを採用した場合に
は、この採用に応じて走査光学系のレイアウトの変更が
なされる。
In each of the embodiments of the laser anemometer according to the present invention, the transmissive collimator is used as the collimator of the scanning optical system, but a reflective collimator may be adopted. When the reflection type collimator is adopted, the layout of the scanning optical system is changed according to the adoption.

【0089】また、本発明に係るレーザ流速計において
はレーザ光源として小形の半導体レーザを、光電変換手
段として小形の半導体受光素子を用いた例を示したが、
レーザ光源として半導体レーザ以外のガスレーザ等のレ
ーザ装置を使用し、また、光電変換手段として増幅率の
大きな光電子増倍管等の光電変換素子を用いてもよい。
半導体レーザ以外のレーザ装置や光電変換素子を用いた
場合には、測定光学系が大形化するが、レーザ装置に波
長の異なる2つのレーザ光を出力させ、この出力レーザ
光を図1ないし図16に示した測定光学系と同様な光学
系でレーザ光を走査し、信号処理することで、被測定流
体の流速だけでなく、流れの方向も測定することがで
き、流速の測定をより一層正確に行なうことができる。
In the laser anemometer according to the present invention, an example using a small semiconductor laser as the laser light source and a small semiconductor light receiving element as the photoelectric conversion means is shown.
A laser device such as a gas laser other than a semiconductor laser may be used as the laser light source, and a photoelectric conversion element such as a photomultiplier tube having a large amplification factor may be used as the photoelectric conversion means.
When a laser device other than a semiconductor laser or a photoelectric conversion element is used, the measurement optical system becomes large, but the laser device is caused to output two laser beams having different wavelengths, and the output laser beam is used as shown in FIGS. By scanning laser light with an optical system similar to the measurement optical system shown in 16 and performing signal processing, not only the flow velocity of the fluid to be measured but also the flow direction can be measured, and the flow velocity can be measured further. Can be done accurately.

【0090】[0090]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係るレー
ザ流速計は、後方散乱方式を採用し、レーザ光源に波長
の異なる2つの半導体レーザを用い、半導体レーザから
出力されるレーザ光のうち少なくとも一方をビームスプ
リッタで分割し、集光手段により被測定流体の測定領域
に少なくとも3つの焦点として集光させ、少なくとも3
つの焦点からの散乱レーザ光を光電変換手段で受光して
電気信号を出力し、この電気信号を信号処理手段で信号
処理させたので、充分に多くの反射(散乱)光量が得ら
れ、被測定流体の流速測定が可能になると同時に、被測
定流体の流れの方向も測定することができ、流速測定の
正確性を向上させることができる。
As described above, the laser anemometer according to the present invention adopts the backscattering method, uses two semiconductor lasers having different wavelengths as the laser light source, and outputs the laser light output from the semiconductor laser. At least one of them is divided by a beam splitter, and condensed by a condensing means into at least three focal points in the measurement region of the fluid to be measured, and at least
The scattered laser light from one focal point is received by the photoelectric conversion means and an electric signal is output, and the electric signal is processed by the signal processing means, so that a sufficiently large amount of reflected (scattered) light can be obtained and the measured signal can be measured. The flow velocity of the fluid can be measured, and at the same time, the flow direction of the fluid to be measured can be measured, and the accuracy of the flow velocity measurement can be improved.

【0091】また、このレーザ流速計は小形の半導体レ
ーザを用い、半導体レーザから光電変換手段に至る測定
光学系を後方散乱方式に一体化することができ、測定に
際して光軸調整が不要となり、メンテナンスフリーで長
寿命化を図ることができる一方、小型・コンパクト化が
図れ、機動性が向上し、測定場所への携帯および測定の
ための設定、他の装置への組込みが容易となり、被測定
流体の流速測定やその流れ方向の測定を正確かつ容易に
行なうことができる。
Further, this laser velocimeter uses a small semiconductor laser, and the measuring optical system from the semiconductor laser to the photoelectric conversion means can be integrated into the backscattering method, and the optical axis adjustment is not necessary at the time of measurement, and maintenance is possible. While it is free and has a long life, it is compact and compact, improves mobility, makes it easy to carry it to the measurement location, make settings for measurement, and incorporate it into other devices. It is possible to accurately and easily measure the flow velocity and the flow direction.

【0092】さらに、このレーザ光に半導体レーザ以外
のレーザ装置をレーザ光源として使用した場合には、レ
ーザ出力をアップさせてより多くの反射光量が得られ、
被測定流体の流速のみならず流れの方向を確実にかつ正
確に測定することができる。
Further, when a laser device other than a semiconductor laser is used as the laser light source for this laser light, the laser output is increased to obtain a larger amount of reflected light,
Not only the flow velocity of the fluid to be measured but also the flow direction can be reliably and accurately measured.

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

【図1】本発明に係るレーザ流速計の第1実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measurement optical system showing a first embodiment of a laser anemometer according to the present invention.

【図2】図1に示された被測定流体の測定領域を示す拡
大図。
FIG. 2 is an enlarged view showing a measurement region of the fluid to be measured shown in FIG.

【図3】本発明に係るレーザ流速計の第2実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a measurement optical system showing a second embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【図4】図3に示された被測定流体の測定領域を示す拡
大図。
FIG. 4 is an enlarged view showing a measurement region of the fluid to be measured shown in FIG.

【図5】本発明に係るレーザ流速計の第3実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a measurement optical system showing a third embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【図6】図5に示された被測定流体の測定領域を示す拡
大図。
6 is an enlarged view showing a measurement region of the fluid to be measured shown in FIG.

【図7】本発明に係るレーザ流速計の第4実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a measurement optical system showing a fourth embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【図8】図7に示された被測定流体の測定領域を示す拡
大図。
8 is an enlarged view showing a measurement region of the fluid to be measured shown in FIG.

【図9】本発明に係るレーザ流速計の第5実施形態を示
す測定光学系の概略構成図。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a measurement optical system showing a fifth embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【図10】図9に示された被測定流体の測定領域を示す
拡大図。
10 is an enlarged view showing a measurement region of the fluid to be measured shown in FIG.

【図11】本発明に係るレーザ流速計の第6実施形態を
示す測定光学系の概略構成図。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a measurement optical system showing a sixth embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【図12】図11に示された被測定流体の測定領域を示
す拡大図。
12 is an enlarged view showing a measurement region of the fluid to be measured shown in FIG.

【図13】本発明に係るレーザ流速計の第7実施形態を
示す測定光学系の概略構成図。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a measurement optical system showing a seventh embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【図14】図13に示された被測定流体の測定領域を示
す拡大図。
14 is an enlarged view showing a measurement region of the fluid to be measured shown in FIG.

【図15】本発明に係るレーザ流速計の第8実施形態を
示す測定光学系の概略構成図。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a measurement optical system showing an eighth embodiment of the laser anemometer according to the present invention.

【図16】図15に示された被測定流体の測定領域を示
す拡大図。
16 is an enlarged view showing a measurement region of the fluid to be measured shown in FIG.

【図17】従来のレーザ流速計を示す概略構成図。FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing a conventional laser anemometer.

【図18】従来のレーザ流速計における被測定流体の測
定領域を示す拡大図。
FIG. 18 is an enlarged view showing a measurement region of a fluid to be measured in a conventional laser anemometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 被測定流体 3a 測定領域 11,11A,11B,11C,11D,11E,11
F,11G レーザ流速計 12a,12b 半導体レーザ 13a,13b コリメータレンズ(コリメータ) 14,14a,14b,24a,24b ビームスプリ
ッタ 15 集光レンズ(集光手段) 16,16A,16B,16C,16D 走査光学系 18a,18b 干渉フィルタ 19a,19b 集光レンズ 20a,20b 半導体受光素子 21,21A 反射光学系 22 測定光学系 23 信号処理器(信号処理手段) P 微粒子
3 fluid to be measured 3a measurement area 11, 11A, 11B, 11C, 11D, 11E, 11
F, 11G Laser velocity meter 12a, 12b Semiconductor laser 13a, 13b Collimator lens (collimator) 14, 14a, 14b, 24a, 24b Beam splitter 15 Focusing lens (focusing means) 16, 16A, 16B, 16C, 16D Scanning optics System 18a, 18b Interference filter 19a, 19b Condensing lens 20a, 20b Semiconductor light receiving element 21, 21A Reflective optical system 22 Measuring optical system 23 Signal processor (signal processing means) P Fine particles

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子
速度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度として
出力するレーザ流速計において、波長の異なるレーザ光
を出力する2つの半導体レーザと、上記半導体レーザか
ら出力されるレーザ光の拡がり角を小さくして平行光束
のレーザ光を形成するコリメータと、平行光束のレーザ
光の一方を2本のレーザ光に分割するビームスプリッタ
と、分割された2本のレーザ光と他方のレーザ光を、被
測定流体の測定領域に少なくとも3つの焦点として集光
させる集光手段と、前記測定領域の各焦点からの散乱レ
ーザ光を受光して電気信号を出力する光電変換手段と、
この光電変換手段からの信号出力に基づいて微粒子の流
れ方向および信号の時間間隔を測定し、測定された時間
間隔と前記各焦点間距離とから微粒子の流速を演算処理
する信号処理手段とを有し、上記信号処理手段で測定・
処理される微粒子の流れ方向と流速を被測定流体の流れ
方向および流速として設定したことを特徴とするレーザ
流速計。
1. A laser anemometer for measuring a particle velocity in a fluid to be measured using a laser beam and outputting the particle velocity as a fluid velocity to be measured, comprising two semiconductor lasers which output laser beams having different wavelengths. A collimator that reduces the divergence angle of the laser light output from the semiconductor laser to form a laser beam of parallel light flux; and a beam splitter that splits one of the laser light of parallel light flux into two laser lights. Condensing means for condensing the two laser beams and the other laser beam into at least three focal points in the measurement region of the fluid to be measured, and the scattered laser beams from the respective focal points in the measurement region are received to generate an electric signal. Photoelectric conversion means for outputting
A signal processing means for measuring the flow direction of the particles and the time interval of the signal based on the signal output from the photoelectric conversion means, and calculating the flow velocity of the particles from the measured time interval and each of the focal distances. Measurement with the above signal processing means
A laser anemometer characterized in that a flow direction and a flow velocity of fine particles to be processed are set as a flow direction and a flow velocity of a fluid to be measured.
【請求項2】 ビームスプリッタは、半導体レーザから
出力される波長λ1,λ2 のレーザ光の一方を分割し、
分割されたレーザ光と他方のレーザ光を集光手段で集束
させ、被測定流体の測定領域にλ1 ,λ1 ,λ2 または
波長λ2 ,λ2 ,λ1 の3つの焦点として集光させ、こ
れら3つの焦点からの散乱レーザ光を干渉フィルタを介
して光電変換手段に受光させた請求項1に記載のレーザ
流速計。
2. The beam splitter splits one of the laser beams of wavelengths λ1 and λ2 output from the semiconductor laser,
The split laser beam and the other laser beam are focused by the focusing means, and are focused on the measurement area of the fluid to be measured as three focal points of λ1, λ1, λ2 or wavelengths λ2, λ2, λ1, and these three focal points. The laser anemometer according to claim 1, wherein the scattered laser light from is received by the photoelectric conversion means via an interference filter.
【請求項3】 ビームスプリッタは、半導体レーザから
出力される波長λ1,λ2 のレーザ光の一方を分割し、
分割されたレーザ光と他方のレーザ光を集光手段で集束
させ、被測定流体の測定領域にλ1 ,λ2 ,λ1 または
波長λ2 ,λ1 ,λ2 の3つの焦点として集光させ、こ
れら3つの焦点からの散乱レーザ光を干渉フィルタを介
して光電変換手段に受光させた請求項1に記載のレーザ
流速計。
3. The beam splitter splits one of the laser beams of wavelengths λ1 and λ2 output from the semiconductor laser,
The split laser beam and the other laser beam are focused by the focusing means, and are focused on the measurement area of the fluid to be measured as three focal points of λ1, λ2, λ1 or wavelengths λ2, λ1, λ2, and these three focal points are focused. The laser anemometer according to claim 1, wherein the scattered laser light from is received by the photoelectric conversion means via an interference filter.
【請求項4】 レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子
速度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度として
出力するレーザ流速計において、波長の異なるレーザ光
を出力する2つの半導体レーザと、上記半導体レーザか
ら出力されるレーザ光の拡がり角を小さくして平行光束
のレーザ光を形成するコリメータと、平行光束の各レー
ザ光をそれぞれ2本のレーザ光に分割するビームスプリ
ッタと、分割された4本のレーザ光を被測定流体の測定
領域に4つの焦点として集光させる集光手段と、前記測
定領域の4つの焦点からの散乱レーザ光を受光して電気
信号を出力する光電変換手段と、この光電変換手段から
の信号出力に基づいて微粒子の流れの方向および信号の
時間間隔を測定し、測定された時間間隔と各焦点間距離
とから微粒子の流速を演算処理する信号処理手段とを備
え、上記信号処理手段で測定・処理される微粒子の流れ
方向と流速を被測定流体の流れ方向および流速として設
定したことを特徴とするレーザ流速計。
4. A laser anemometer for measuring a particle velocity in a fluid to be measured using a laser beam and outputting the particle velocity as a fluid velocity to be measured, comprising two semiconductor lasers which output laser beams having different wavelengths. A collimator that reduces the divergence angle of the laser light output from the semiconductor laser to form a laser beam of parallel light flux; and a beam splitter that splits each laser light of the parallel light flux into two laser lights. Condensing means for condensing four laser beams into the measurement area of the fluid to be measured as four focal points, and photoelectric conversion means for receiving scattered laser light from the four focal points in the measurement area and outputting an electric signal. And the flow direction of the particles and the time interval of the signal are measured based on the signal output from this photoelectric conversion means, and the flow velocity of the particles is measured from the measured time interval and each focal distance. And a signal processing means for performing an arithmetic processing, and the flow direction and flow velocity of the fine particles measured and processed by the signal processing means are set as the flow direction and flow velocity of the fluid to be measured.
【請求項5】 ビームスプリッタは、一方の半導体レー
ザから出力される波長λ1 のレーザ光を分割する第1ビ
ームスプリッタと、他方の半導体レーザから出力される
波長λ2 のレーザ光を分割する第2ビームスプリッタと
を有し、上記両ビームスプリッタで分割されたレーザ光
を集光手段により、被測定流体の測定領域に波長λ1 ,
λ1 ,λ2 ,λ2 または波長λ1 ,λ2 ,λ1 ,λ2 の
4つの焦点として集光させ、これら4つの焦点からの散
乱レーザ光を干渉フィルタを介して波長λ1 ,波長λ2
の2つの光電変換手段に受光させた請求項4記載のレー
ザ流速計。
5. The beam splitter comprises a first beam splitter for splitting a laser beam of wavelength λ1 output from one semiconductor laser and a second beam splitter for splitting a laser beam of wavelength λ2 output from the other semiconductor laser. A splitter, and the laser light split by both of the above-mentioned beam splitters is focused on the measurement region of the fluid to be measured by the wavelength λ 1,
λ1, λ2, λ2 or wavelengths λ1, λ2, λ1, λ2 are condensed as four focal points, and the scattered laser light from these four focal points is wavelength λ1, wavelength λ2 through an interference filter.
5. The laser anemometer according to claim 4, wherein the two photoelectric conversion means are used to receive light.
【請求項6】 レーザ光を用いて被測定流体中の微粒子
の速度を測定し、この微粒子速度を被測定流体速度とし
て出力するレーザ流速計において、波長の異なる少なく
とも2本のレーザ光を出力するレーザ装置と、このレー
ザ装置から出力されたレーザ光のうち、少なくとも一方
のレーザ光を2本のレーザ光に分割するビームスプリッ
タと、このビームスプリッタで分割されたレーザ光およ
び他方のレーザ光を被測定流体の測定領域に少なくとも
3つの焦点として集光させる集光手段と、前記測定領域
の各焦点を通る微粒子からの散乱レーザ光を受光して電
気信号を出力する光電変換手段と、この光電変換手段か
らの信号出力に基づいて微粒子の流れの方向および時間
間隔を測定し、測定された時間間隔と各焦点間の距離と
から微粒子の流速を演算処理する信号処理手段とを有
し、上記信号処理手段で測定・処理される微粒子の流れ
方向と流速を被測定流体の流れ方向と流速として設定し
たことを特徴とするレーザ流速計。
6. A laser anemometer for measuring the velocity of fine particles in a fluid to be measured using laser light and outputting the velocity of the fine particles as the fluid velocity to be measured outputs at least two laser lights having different wavelengths. A laser device, a beam splitter that splits at least one of the laser beams output from this laser device into two laser beams, and a laser beam split by this beam splitter and the other laser beam. Condensing means for condensing at least three focal points in the measurement area of the measurement fluid, photoelectric conversion means for receiving scattered laser light from fine particles passing through each focal point of the measurement area and outputting an electric signal, and this photoelectric conversion The direction of the particle flow and the time interval are measured based on the signal output from the means, and the particle flow velocity is calculated from the measured time interval and the distance between the focal points. A laser velocimeter having a signal processing means for performing arithmetic processing, wherein a flow direction and a flow velocity of fine particles measured and processed by the signal processing means are set as a flow direction and a flow velocity of a fluid to be measured.
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