JPS5850273Y2 - 流速流量測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、被測定流体中に含まれる流れの密度むらある
いはゆらぎを光学的な手法を利用して検出し、相関ある
いは統計的手法によって流速、流量を測定する装置に関
するものである。

本考案の目的は、構成が簡単でかつ機械的振動などの影
響を受けないこの種の装置を実現しようとするものであ
る。

第１図は、本考案装置に使用される流れの密度むらある
いはゆらぎを光学的に検出する手段の原理説明図である
。

この原理図において、光源１０からの単色光を集光レン
ズ２０の焦点に置かれた鋭い縁のスリット３０で遮り、
レンズ４０によって平行光線にした後、この平行光線を
被測定流体５０にあてる。

被測定流体５０を通過した光は、レンズ６０で集光され
受光板ＴＯに到達する。

ここで、レンズ６０の焦点位置にナイフェツジ板８０を
配置して、到達する光の一部を遮ぎっておく。

このような光学的配置において、いま、仮に被測定流体
５０に光の屈折率の変化が全く無いとすれば、受光板７
０の表面は一様に暗い。

ところが、被測定流体中に例えば密度のむらや流体ゆら
ぎが存在していて光の屈折率変化がある場合、レンズ６
０で集光された光は、ナイフェツジ板８０の上方あるい
は下方に屈折され、受光板７０の表面に光の明暗をもた
らす。

この光の明暗は、被測定流体中の密度むらや流体ゆらぎ
に対応しているので、受光板７０を光電変換器で構成す
ることによって密度むらや流体ゆらぎを電気的に検出す
ることができる。

第２図は第１図に示すような密度むらや流体ゆらぎの検
出手段を２組用いて構成した本考案装置の構成ブロック
図である。

図において、Ａ、Ｂは第１図で説明した光学手段で、被
測定流体が流れている管路５に被測定流体５０の流れ方
向にある距離りだけ離れて設けられている。

受光板１０は、ここでは例えばシリコン光電池のような
光電変換器が用いられている。

１は光源１０の電源、９１９２は光電変換器ＴＯからの
電気信号を増幅する増幅器、９は各増幅器９１．９２か
らの信号ｘ（ｔ）、 ｙ（ｔ）を入力とする相互相関計
である。

このように構成した装置において、光学手段Ａを通過し
た流体はそのパターンを維持しつつ流体の平均流速Ｖで
移動し、やがである時間τｐ遅れて光学手段Ｂを通過す
る。

相互相関計９は各増幅器９１．９２を介して光学手段Ａ
、光学手段Ｂを通過する流体パターン（、密度むらある
いはゆらぎ）に対応する信号ｘ（ｔ）、 ｙ（ｔ）を入
力とし、両信号の相関演算を行なう。

ここでｘ（ｔ）ｙｙ（ｔ）の相互相関関数φｘｙは（１
）式で表わすことができる。

（１）式において、遅延時間τがτｐの時、相互相関値
Φｘｙは最大となる。

したがって、Φｘｙが最大となる遅延時間τｐから（２
）式によって被測定流体５０の流速Ｖを知ることができ
る。

このように構成した装置によれば、構成が簡単で、管路
を伝わってくるノイズ（各種の音等）の影響を受けず流
速測定を行なうことができる。

なお、第２図実施例において、上流側と下流側の光学手
段の光電変換器ＴＯを、第３図に示すように複数個に分
割した光電池７１．７２・・・とじ、それぞれ対応する
光電池からの出力信号を順次スイッチＳＷを介して時分
割で選択し、相互相関計９に入力させるようにしてもよ
い。

これによって、Ｓ／Ｎを向上させることが可能となる。

また、各光学手段からの信号は、第４図に示すように差
演算器９３で両信号の差を得た後、自己相関計９４に入
力し、ここでその自己相関を演算するようにしてもよい
。

これによって、コモンモードノイズによる影響を除去す
ることができる。

第５図は本考案の他の実施例を示す構成図である。

この実施例では管路５に１組の光学手段Ａを取付けると
ともに、光電変換器ＴＯの前面に流体の流れ方向にピッ
チｄで構成した格子状のスリット板９５を配置させたも
のである。

そして、光電変換器７０の出力は、周波数分析計９６に
印加され、ここで光電変換器７０からの信号の中心周波
数ｆを検出する。

この実施例においては、スリット板９５と光電変換器Ｔ
Ｏとは空間フィルタを構威し、光電変換器７０からの信
号の中心周波数ｆは（３）式で表わすことができる。

したがって、中心周波数ｆから流速■を演算することが
できる。

従来、この種の装置において被測定流体中に含まれる雑
音成分を検出するのに、超音波信号を用いたもの、ある
いは光の透過量又は反射量を利用したものがある。

しかしながら超音波信号を利用したものは、管路を伝わ
る振動音等の影響を受けやすく、また光の透過量や反射
量を利用したものは、光源の明るさの変化を受けたり、
又流体に対しては変化量そのものが小さ過ぎるという欠
点があった。

本考案装置は、被測定流体中の流れ密度のむらあるいは
ゆらぎによって光の屈折率が変化することに着目しここ
の屈折率の変化パターンを検出するようにしたもので、
従来装置におけるような欠点がなく、構成の簡単な流速
流量測定装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置に用いられる光学手段の原理説明図
、第２図〜第５図は本考案装置の一実施例を示す構成図
である。 Ａ、Ｂ・・・・・・光学手段、１０・・・・・・光源、
２０・・・・・・集光レンズ、３０・・・・・・スリッ
ト、４０・・・・・・レンズ、５・・・・・・管路、５
０・・・・・・被測定流体、６０・・・・・・レンズ、
７０・・・・・・受光板（光電変換器）、８０・・・・
・・ナイフェツジ板、９・・・・・・相互相関計、９１
．９２・・・・・・増幅器。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１） スリットを通過した単色光を被測定流体に照
   射し、この被測定流体を通過した前記光をナイフェツジ
   板を介して光電変換器で受光することによって、被測定
   流体中に存在する流れの密度むらあるいはゆらぎによっ
   て生ずる光の屈折率の変化パターンを光の明暗として検
   出し、相関又は統計的手法を利用して被測定流体の流速
   、流量を測定する流速流量測定装置。
2. （２）被測定流体中に存在する流れの密度むらあるいは
   ゆらぎによって生ずる光の屈折率の変化パターンを光の
   明暗として検出する光学手段を流れ方向にある間隔をへ
   だでて２個設け、これら２個の光学手段から得られる２
   種の信号の相関関数を演算するようにした実用新案登録
   請求の範囲第（１）項記載の流速流量測定装置。
3. （３）光電変換器の前面に流れ方向にあるピッチで並ぶ
   格子状のスリット板を配置し、光電変換器から得られる
   信号の中心周波数を検出するようにした実用新案登録請
   求の範囲第（１）項記載の流速流量測定装置。