JPS6123943A - Particle measuring device - Google Patents

Particle measuring device

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JPS6123943A
JPS6123943A JP14486084A JP14486084A JPS6123943A JP S6123943 A JPS6123943 A JP S6123943A JP 14486084 A JP14486084 A JP 14486084A JP 14486084 A JP14486084 A JP 14486084A JP S6123943 A JPS6123943 A JP S6123943A
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light beams
signal
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Tetsuo Takahei
高幣 哲夫
Katsuji Hironaga
勝治 広永
Yasuharu Jin
康晴 神
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To detect a particle diameter, speed, and mixing rate with high precision by allowing light beams to cross each other in a measurement area, separating reflected signals and detecting signals coincident on a time base as to the separated signals, and detecting the time when a measured particle passes through the crossing area. CONSTITUTION:Laser light from an He-Ne laser 1 is split by a beam splitter 2 into laser beams A and B. The output of an oscillator 3 is applied to a black cell 4 on the passing path of the beam A; the signal A becomes a signal intermitted at the oscillation frequency of the oscillator 3 and the beam B, on the other hand, is a continuous signal. The beams A and B are passed through a condenser lens 5 to cross each other and the crossing area of the beams A and B is positioned in a water tank for measuring an object of measurement, e.g. diameters and a distribution of air bubbles. Reflected light obtained from the crossing area is converged through a reflecting mirror 6 and a condenser lens 7 and signals coincident on the time base are detected by a coincidence detecting circuit 11 from a signal obtained from a photoelectric converter 8, thereby detecting the diameter, speed, and mixing ratio of particles from the output of a pulse width detecting circuit 15 with high precision.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は液体等の流体の中に混入する微小な気?fa等
の粒子混入率1粒子径の分布を測定する粒子計測装置に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention is directed to the treatment of small air particles mixed into fluids such as liquids. The present invention relates to a particle measuring device that measures the distribution of particle mixing ratio per particle diameter such as fa.

発明の背景 気液二相流は種々の装置で生しるが、水力機械や船舶の
模型実験において用いられる密閉型空洞試験水槽や回流
水槽等の流水中には、直径Lmm前後の微小な気泡が多
数発生し水槽中での実験状態に変化を与えたりすること
がある。従ってこのような微小な気泡の混入率や気泡径
等を計測する必要があるが、こうした気泡の検出に適し
た計測方法は充分確立されていない。従来の気液二相流
を測定する装置として既に提案されているように光ファ
イバを流体中に配置し光の反射状態によって気泡の有無
を検知する装置(特願昭56−200589号)がある
が、微小な気泡を測定する場合には光ファイバの先端に
気泡が貫通しなくなるため充分なデータが得られないと
いう問題点があった。
Background of the Invention Gas-liquid two-phase flows occur in various devices, but in flowing water such as closed cavity test tanks and recirculation tanks used in model experiments of hydraulic machines and ships, minute air bubbles with a diameter of about L mm are generated. This can occur in large numbers and change the experimental conditions in the aquarium. Therefore, it is necessary to measure the inclusion rate, bubble diameter, etc. of such minute bubbles, but a measurement method suitable for detecting such bubbles has not been sufficiently established. As a conventional device for measuring gas-liquid two-phase flow, there is a device (Japanese Patent Application No. 56-200589) that places an optical fiber in a fluid and detects the presence or absence of bubbles based on the state of light reflection. However, when measuring minute bubbles, there is a problem in that sufficient data cannot be obtained because the bubbles do not penetrate the tip of the optical fiber.

又レーザ流速針等で確立されているように二本の平行な
レーザビームを一点で交叉させて干渉縞を形成し、干渉
縞領域より得られる散乱光のドツプラーバースト信号に
基づいて気泡速度を得ることが考えられる。しかしなが
ら水槽等に発生ずる気泡はドツプラーバースト信号を生
しるには大きすぎるため、直接気泡からその速度や気泡
径を検出することができなかった。又反射光が得られる
時間幅によってレーザビームを通過する気泡の時間を得
ることも考えられるが、気泡が通過する位置によって得
られる信号幅が大幅に異なるため正確に気泡の通過時間
を測定することができないという問題点があった。
In addition, as is established with a laser velocity needle, interference fringes are formed by intersecting two parallel laser beams at one point, and the bubble velocity is determined based on the Doppler burst signal of the scattered light obtained from the interference fringe region. It is possible to obtain. However, since the bubbles generated in a water tank or the like are too large to generate a Doppler burst signal, it has not been possible to directly detect the velocity or diameter of the bubbles. It is also possible to obtain the time of the bubble passing through the laser beam by the time width of the reflected light, but since the signal width obtained varies greatly depending on the position where the bubble passes, it is difficult to accurately measure the bubble passing time. The problem was that it was not possible.

発明の目的 本発明はこのような水槽等に用いられる粒子計測装置を
提供するものであって、水槽実験等に有害となる気lN
等の粒子径や速度及び混入率を高精度で短時間に計測す
ることができる粒子計測装置を提(共することを目的と
する。
Purpose of the Invention The present invention provides a particle measuring device for use in such aquariums, etc., in order to eliminate harmful air pollution in aquarium experiments, etc.
The purpose is to provide a particle measuring device that can measure the particle size, speed, and mixing rate of particles with high precision and in a short time.

発明の構成と効果 本願は流体の中に混入する微小な粒子混入率。Structure and effects of the invention This application deals with the rate of minute particles mixed into fluid.

粒子径の分布を測定する粒子計測装置であって、本願の
第1の発明は、分離可能で互いに平行な第1、第2のし
一ムを発生する光源と、第1.第2の光ビームを測定領
域において交叉せしめる光学下段と、第1.第2の光ビ
ームの反射光を受光し電気信陣に変換する光電変換器と
、第1.第2の光ビームの反射波信号を光ビームの性質
に基づいて分離する反射信号分離手段と、反射信号分離
手段ζこより分glfされ席:第1.第2の反射波信号
のう45 n:;間軸、」−で一致する信号を検出する
一致検出手段J、−・致検出手段の出力に基づいて測定
粒子の前記ビームの交叉領域を通過する時間を検出する
′aj14時間検出手段と、を具備するものであり、本
願の第2の発明はこの光学手段として、第1.第2の光
ビームを互いに同一の一方向にのみ集束させ、断面が薄
い楕円状の光径として一点で交叉せしめる円弧柱状に形
成された円弧状レンズを有する光学手段を用いたことを
特徴とするものである。
A particle measuring device for measuring particle size distribution, and a first invention of the present application includes a light source that generates first and second beams that are separable and parallel to each other; an optical lower stage for causing the second light beam to intersect in the measurement area; a photoelectric converter that receives the reflected light of the second light beam and converts it into an electric signal; a reflected signal separating means for separating reflected wave signals of the second light beam based on the properties of the light beam; and a reflected signal separating means ζ. The second reflected wave signal passes through the intersection region of the beam of the measurement particle based on the output of the coincidence detection means J, which detects a coincidence signal at the axis of 45 n:; 'aj14 hour detection means for detecting time, and the second invention of the present application uses the first as this optical means. It is characterized by using an optical means having an arcuate lens formed in an arcuate column shape that focuses the second light beams only in the same direction and intersects at one point as a light diameter of a thin ellipse in cross section. It is something.

このような特徴を有する本願の第1の発明によれば、二
つの光ビームの交叉領域の所定範囲を線状の測定領域と
し、その測定領域を通過する粒子の通過速度を正しく測
定することが可能である。
According to the first invention of the present application having such features, it is possible to set a predetermined range of the intersection area of two light beams as a linear measurement area, and to accurately measure the passing speed of particles passing through the measurement area. It is possible.

従って一点での計測に比べて多数の粒子データを得るこ
とができ、更に測定領域が限定されているため測定領域
の前後を通過する際の誤った粒子データを得ることがな
く正確に粒子径を測定することができる。又光ビームの
反射光を用いているため信号強度が強く非接触で粒子の
通過時間を測定することが可能となる。そして粒子速度
が既知であれば測定データに基づいて粒子径及びその分
布状態を知ることが可能となる。
Therefore, it is possible to obtain a large amount of particle data compared to measurement at one point, and since the measurement area is limited, particle diameters can be accurately determined without obtaining incorrect particle data when passing before and after the measurement area. can be measured. Furthermore, since the reflected light of the light beam is used, the signal strength is strong and it is possible to measure the transit time of particles without contact. If the particle velocity is known, it becomes possible to know the particle diameter and its distribution state based on the measurement data.

更に本願の第2の発明によれば、以上の効果に加えて二
つの光ビームを円弧状レンズによって一方向にのみ集束
させ断面を楕円状に形成し、それらの光ビームを最も光
束が薄くなる一点で交叉させているため測定領域を面状
に拡げることが可能となる。そうすれば測定領域を通過
する粒子数が大幅に増加するため、短時間で多数の粒子
データを17るごとができ、その測定領域を通過する粒
子1¥のデータを正しく測定することが可能となる。
Furthermore, according to the second invention of the present application, in addition to the above-mentioned effects, two light beams are focused in only one direction by an arcuate lens to form an elliptical cross section, and the light beams are made to have the thinnest luminous flux. Since they intersect at one point, it is possible to expand the measurement area planarly. This will greatly increase the number of particles passing through the measurement area, making it possible to collect a large number of particle data in a short period of time, making it possible to accurately measure data for each particle passing through the measurement area. Become.

それ成粒7−径とその混入率を極めて迅速に測定するこ
とが可能になるという効果が得られる。
This has the effect that the diameter of the granulated particles 7 and its mixing rate can be measured extremely quickly.

実施例の説明 〔発明の原理〕 第2図fat〜TCIは本願の第1.第2の発明による
気泡計測装置の測定原理を示す原理図であり、第3図t
a+〜(C1は夫々通過する気泡位置に対応して得られ
る波形図である。本図に示すように本願の発明では識別
可能な二本の光ビームA、Bを用い所定の光学系によっ
てその光ビームを被測定領域で交叉さ−lる。そしてこ
れらの二本の光ビームの中心線」4に気泡からの反射光
を受光する受光素子PDを設りておく。そうすれば第2
図(alに示すように下方から気泡が上昇する際に気泡
の半径をaとすると、気泡の端面が二本の光ビームA、
Bの交点に接する場合には、第3図(a)に示すように
まず受光素子PDには光ビームAからの反射光が受光さ
れ、続いて所定時間経過後に光ビームBの反射光が受光
されることとなる。又第2図(blに示すように二本の
光ビームA、Bの交叉点が気泡の端面からa / 2だ
け内側に入った位置にある場合には、図示の気泡の位置
で二本の光ビームA、Bから同時に受光素子PDに反射
光が得られる。更に第2図FC+に示すように二本の光
ビームA、Bの交叉点が気泡の中心と一致する場合には
、受光素子PDには第3図(C)に示すようにまず光ビ
ームBの反射光が得られ次いで光ビームAの反射光が得
られる。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS [Principle of the Invention] FIG. 2 fat to TCI are shown in FIG. FIG. 3 is a principle diagram showing the measurement principle of the bubble measuring device according to the second invention;
a+~(C1 is a waveform diagram obtained corresponding to the position of each passing bubble. As shown in this figure, in the invention of the present application, two distinguishable light beams A and B are used and the light beams are detected by a predetermined optical system. The light beams intersect in the area to be measured.Then, a light receiving element PD is provided at the center line 4 of these two light beams to receive the light reflected from the bubble.
As shown in the figure (al), when a bubble rises from below, if the radius of the bubble is a, the end face of the bubble becomes two light beams A,
When touching the intersection of light beams B, the light receiving element PD first receives the reflected light from the light beam A as shown in FIG. It will be done. Also, as shown in Figure 2 (bl), if the intersection point of the two light beams A and B is at a position a/2 inward from the end face of the bubble, the two light beams Reflected light is obtained from the light beams A and B at the light receiving element PD at the same time.Furthermore, if the intersection point of the two light beams A and B coincides with the center of the bubble as shown in FIG. As shown in FIG. 3(C), the PD first obtains the reflected light of the light beam B, and then obtains the reflected light of the light beam A.

これらの図から明らかなように二本の光ビームA、Bか
ら同時に反射波信号が得られる場合の信号のみを抽出す
ることによって気泡が光ビームの所定の位置を通過する
際のみの反射光信号を得ることができるようになる。
As is clear from these figures, by extracting only the signals when reflected wave signals are obtained from the two light beams A and B at the same time, we can extract the reflected light signals only when the bubble passes through a predetermined position of the light beams. You will be able to obtain

〔第1発明の実施例〕 第1図は本願の第1の発明による気泡計測装置の一実施
例を示すブロック図である。本図において光源として例
えばI−re−Neレーザ1を用いその1・−ヂ光をビ
ームスプリッタ2によって二つのレーデビームΔ、Bに
分離する。発振器3は例えば200 K Ilz程度の
周波数の方形波信号を発振する発振器であって、その出
力はレーザビームAの通過縁1/3にある音響光学素子
であるブラッグセル4にIjえられる。このブラッグセ
ル4を発振器3によって駆動ずれば、シラソゲセル4に
電圧が与えられているときLノ−ザビームAば図中破線
で示す方向にずれ、電圧が印加されていない時点ではレ
ーザビーJ1Δは実線に示すように直進する。従ってレ
ーザビーム、Aは発振器3の発振周波数によって断続す
る信号となり、一方レーザビームBは連続信5シとなっ
ている。そしてこれらのレーザビームΔ、13を55束
レンズ5によって一点で交叉させる。
[Embodiment of the first invention] FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a bubble measuring device according to the first invention of the present application. In this figure, for example, an I-re-Ne laser 1 is used as a light source, and its 1.--di light is separated into two Radhe beams Δ and B by a beam splitter 2. The oscillator 3 is an oscillator that oscillates a square wave signal with a frequency of, for example, about 200 K Ilz, and its output is sent to a Bragg cell 4, which is an acousto-optic element located at one-third of the pass edge of the laser beam A. If this Bragg cell 4 is driven and shifted by the oscillator 3, the L laser beam A will shift in the direction shown by the broken line in the figure when voltage is applied to the Shirasoge cell 4, and the laser beam J1Δ will be shown by the solid line when no voltage is applied. Go straight. Therefore, the laser beam A becomes an intermittent signal depending on the oscillation frequency of the oscillator 3, while the laser beam B becomes a continuous signal. These laser beams Δ, 13 are made to intersect at one point by a 55-bundle lens 5.

集束レンズ5は本実施例においては凸レンズを用いるも
のとし、レーザビームA、Bの交叉領域を測定対象、例
えば気泡の径や分布を測定するための水槽中に位置する
ように光学系を構成しておく。
In this embodiment, a convex lens is used as the focusing lens 5, and the optical system is configured such that the intersection area of the laser beams A and B is located in the measurement target, for example, a water tank for measuring the diameter and distribution of bubbles. I'll keep it.

そしζこの交叉領域から得られる光学系の軸に沿った反
射光を集束レンズ5を通過させて平行光線とし、反射鏡
6によって反射させ集光レンズ7によって一点で集光さ
せる。集光レンズ7の焦点位置には反射光出力を電気信
号に変換する光電変換器8、例えば光電子増倍管を設け
ておく。そして光電変換器8によって得られた電気信号
を増幅器9によって増幅し、バンドパスフィルタlOと
ローパスフィルタ11に与える。バンドパスフィルタ1
0は発振器3の発振周波数、即ち200 K Ilzに
等しい周波数の信号のみを通過させるフィルタであり、
ローパスフィルタ11は200KHzより十分低い所定
周波数以下の周波数の信号を通過させるフィルタである
。これらのフィルタ10.11の出力は夫々波形整形回
路12.13に与えられる。
Then, the reflected light along the axis of the optical system obtained from this intersection region is passed through a condenser lens 5 to become a parallel beam, reflected by a reflecting mirror 6, and condensed at a single point by a condenser lens 7. A photoelectric converter 8, such as a photomultiplier tube, for converting the reflected light output into an electrical signal is provided at the focal point of the condensing lens 7. Then, the electrical signal obtained by the photoelectric converter 8 is amplified by the amplifier 9 and applied to the bandpass filter IO and the low-pass filter 11. Bandpass filter 1
0 is a filter that passes only signals with a frequency equal to the oscillation frequency of the oscillator 3, that is, 200 K Ilz,
The low-pass filter 11 is a filter that passes signals having frequencies below a predetermined frequency that is sufficiently lower than 200 KHz. The outputs of these filters 10.11 are provided to waveform shaping circuits 12.13, respectively.

波形整形回路12.13はフィルタ10.11を通って
与えられる信号に等しい時間幅を有する方形波信号を出
力するものであって、それらの出力は一致検出回路14
に与えられている。一致検出回路14は二つの波形整形
回路12.13から与えられる方形波出力の時間的な一
致を検出するり路であって、例えばアンド回路とその出
力を保持する記IQ回路等を用いて形成される。一致検
出回1洛1イば、二つの入力信号が一致する瞬間がある
かどうかによって一致を判断するものとする。波形整形
回路13の出力は更にパルス幅検出回路15にも!4え
られている。パルス幅検出回路15は波形整形回路13
より与えられる方形波信号のパルス幅を検出するもので
あって、一致検出器14より出力が与えられたときにそ
の信号を入力インターフェース16を介してマイクロコ
ンピュータ17に伝えるものである。5マイクロコンピ
ユータ17 uあらかしめ定められた演算処理手順に従
って既に与えられζいる気泡速度から気泡径を算出し 
統剖処■JIを行ったり気泡径毎に積算するといった信
号処理を行うものであって、その結果を表示器18に表
示させるものとする。
The waveform shaping circuits 12.13 output square wave signals having a time width equal to the signal applied through the filter 10.11, and their outputs are sent to the coincidence detection circuit 14.
is given to. The coincidence detection circuit 14 is a circuit for detecting the temporal coincidence of the square wave outputs given from the two waveform shaping circuits 12 and 13, and is formed using, for example, an AND circuit and an IQ circuit that holds its output. be done. In the first match detection cycle, a match is determined based on whether there is a moment when two input signals match. The output of the waveform shaping circuit 13 is also sent to the pulse width detection circuit 15! 4 has been given. The pulse width detection circuit 15 is the waveform shaping circuit 13
It detects the pulse width of a square wave signal given by the coincidence detector 14, and when an output is given from the coincidence detector 14, the signal is transmitted to the microcomputer 17 via the input interface 16. 5 Microcomputer 17 u Calculate the bubble diameter from the already given bubble velocity according to the predetermined calculation processing procedure.
Anatomy ■ Signal processing such as JI and integration for each bubble diameter is performed, and the results are displayed on the display 18.

〔第1実施例の動作〕 次に第4図の波形図を参照しつつ本実施例の動作につい
て説明する。H,e−Neレーザ1よりレーザ光を発光
させビームスブリック2に与えれば、レーザ光は二つの
レーザビームA、Bに分離される。そして発振器3の出
力をブラッグセル4に与えることによりレーザビームA
のみを所定の周波数で断続させ、これらのレーザビーム
A、Bを集束レンズ5によって測定領域の一点で集束さ
せる。
[Operation of First Embodiment] Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the waveform diagram in FIG. 4. When the H,e-Ne laser 1 emits a laser beam and applies it to the beam brick 2, the laser beam is separated into two laser beams A and B. Then, by giving the output of the oscillator 3 to the Bragg cell 4, the laser beam A
These laser beams A and B are focused at one point in the measurement area by a focusing lens 5.

そうすれば二つのレーザビームA、Bに気泡が到来しこ
の光学系の中心線に沿った反射光が得られる場合には、
反射光は集束レンズ51反射鏡6及び集光レンズ7を介
して光電変換器8に与えられて電気信号に変換される。
If a bubble arrives in the two laser beams A and B and reflected light is obtained along the center line of this optical system, then,
The reflected light is applied to a photoelectric converter 8 via a focusing lens 51, a reflecting mirror 6, and a focusing lens 7, and is converted into an electrical signal.

反射光信号はフィ、ルタ10.11によって夫々のレー
ザビームA、Bに対応する二つの信号に分離される。そ
うすれば前述のようにその気泡の通過位置によってバン
ドパスフィルタ10及びローパスフィルタ11より時間
軸に異なった信号が得られる。     ゛第41ff
l(al、 (blはバンドパスフィルタ1o、ローパ
スフィルタ11の夫々の出力を示す波形図であり、それ
らの出力は波形整形回路12.13によって方形波信号
に変換される。さて第4図(C1,+d)に示すように
時刻tiからC2の間の波形整形回路12.13の出力
はほぼ一致しているため、一致検出回路14ばこのとき
第4図tQ)に示すように一致出力を与える。この、場
合は第2図(b)に示す位置を気泡が通過したものと考
えられる。この一致検出回路14の出力によって第4図
(flに示すようにそのときパルス幅検出回路15より
検出された波形整形回路13の出力のパルス幅データが
有効となり、入力インターフェース16を介してマイク
ロコンピュータ17に取り込まれる。又時刻t3がらC
4の間に波形整形回路12.13より夫々出力が1qら
れるが、波形整形回路12より信号が先に得られそれ以
後波形整形回路13より出力が得られるため、第2図(
alに示すように気泡が測定領域の外側を通過したもの
と考えられる。この場合には両者の出力が一致していな
いので一致検出回路14は出力を出さず、そのときのパ
ルス幅データはマイクロコンピュータ17に取り込まれ
ない。又同様にして時刻t5からC6の間にも波形整形
回路12.13より夫々出力が得られるが、この場合も
両者は一致しておらず第2図fclに示すように測定領
域の内側を気泡が通過したものと考えられる。
The reflected light signal is separated by a filter 10.11 into two signals corresponding to the respective laser beams A and B. Then, as described above, different signals on the time axis can be obtained from the band pass filter 10 and the low pass filter 11 depending on the passage position of the bubble.゛No. 41ff
l(al, (bl) is a waveform diagram showing the respective outputs of the band pass filter 1o and the low pass filter 11, and these outputs are converted into square wave signals by the waveform shaping circuits 12 and 13. Now, FIG. Since the outputs of the waveform shaping circuits 12 and 13 are almost the same from time ti to C2 as shown in C1, +d), the coincidence detection circuit 14 outputs a coincidence output as shown in FIG. 4 tQ). In this case, it is considered that the bubble passed through the position shown in FIG. The detected pulse width data of the output of the waveform shaping circuit 13 becomes valid and is taken into the microcomputer 17 via the input interface 16.
4, each of the waveform shaping circuits 12 and 13 outputs 1q, but since the signal is obtained from the waveform shaping circuit 12 first and the output from the waveform shaping circuit 13 is obtained thereafter, as shown in FIG.
It is considered that the bubbles passed outside the measurement area as shown in al. In this case, since the two outputs do not match, the match detection circuit 14 does not output any output, and the pulse width data at that time is not taken into the microcomputer 17. Similarly, outputs are obtained from the waveform shaping circuits 12 and 13 between time t5 and C6, but in this case as well, the two do not match, and as shown in FIG. is thought to have passed.

従ってこの場合にもパルス幅データはマイクロコンピュ
ータ17に取り込まれず信号処理は行われない。
Therefore, in this case as well, the pulse width data is not taken into the microcomputer 17 and no signal processing is performed.

このようにすれば二つのレーザビームの交叉領域の所定
の範囲内に測定領域を限定することが可能となる。この
測定領域は本実施例では線状の領域であると考えられる
。そしてこの領域を気泡が通過する場合にのみ信号が得
られるので、得られたパルス幅は正確に気泡の測定領域
を通過した時間に対応する長さとなっている。従って水
槽を通過する気泡の速度があらかじめわかっている場合
には、気泡速度と通過時間より気泡径を算出することが
できる。又この気泡径データをマイクロコンピュータ1
7によって積算し統計処理を行うことによって、水槽を
通過する気泡の個数と気泡径との統計的なデータを得る
ことが可能となる。このデータは表示器18によって表
示される。
In this way, it is possible to limit the measurement area within a predetermined range of the intersection area of the two laser beams. This measurement area is considered to be a linear area in this embodiment. Since a signal is obtained only when the bubble passes through this region, the obtained pulse width has a length that exactly corresponds to the time that the bubble passes through the measurement region. Therefore, if the speed of the bubbles passing through the water tank is known in advance, the bubble diameter can be calculated from the bubble speed and passage time. In addition, this bubble diameter data is transferred to the microcomputer 1.
7 and performs statistical processing, it becomes possible to obtain statistical data on the number of bubbles passing through the water tank and the bubble diameter. This data is displayed on display 18.

〔第2発明の実施例〕 本発明においては信号処理部分は第1の発明と同様であ
るが、光学系部分を改良することによって測定領域を面
状とし多くの粒子データを得るようにしたものである。
[Embodiment of the second invention] In the present invention, the signal processing part is the same as the first invention, but the optical system part is improved to make the measurement area planar and obtain a large amount of particle data. It is.

即ち本実施例の気泡計測装置は、第5図に示すようにH
e−N eレーザ1のし”)’ 光ヲビームスプリソタ
2によって二つの平行なレーザビームA、Bに分離し、
その一方をブラッグセル4によって断続することは第1
実施例と同様である。これらのレーザビームA、Bの光
行路に夫々コリメートし/クズ20,21を配置し、そ
の光i¥を図示のように拡大してレーザビームC2Dと
する。そして第5図に示すようにこの二本のレーザビー
ムC,Dを円筒状のレンズ22を用いて一点で交叉せし
める。円筒状レンズ22は裏面が平板であり正面が円弧
状に形成された長方形状のレンズであって、図中のY軸
方向にはレーザビームを集束させずにX軸方向にのみ二
つのレーザビームC,Dを集束させるものである。従っ
てこの円筒状レンズ22を通過した二つのレーザビーム
C,Dは、第6図(al、 (blにその側面図及び上
面図を示すようにX軸方向に集束しY軸方向には元の光
径のままとなるため、断面が平たい楕円状の光径となっ
て焦点位置のビームウェスト点で交叉する。そしてレー
ザビームC,Dが交叉する測定領域24は第6図中)ソ
こ示すようにほぼ平板状のものであると考えることでき
る。
That is, the bubble measuring device of this embodiment has an H value as shown in FIG.
The e-N e laser 1 is separated into two parallel laser beams A and B by the beam splitter 2.
Intermittent one of them by Bragg cell 4 is the first
This is similar to the example. Collimating pieces 20 and 21 are placed in the optical paths of these laser beams A and B, respectively, and the light i\ is expanded as shown in the figure to form a laser beam C2D. Then, as shown in FIG. 5, these two laser beams C and D are made to intersect at one point using a cylindrical lens 22. The cylindrical lens 22 is a rectangular lens with a flat back surface and an arcuate front surface, and does not focus the laser beam in the Y-axis direction in the figure, but focuses two laser beams only in the X-axis direction. It focuses C and D. Therefore, the two laser beams C and D that have passed through this cylindrical lens 22 are focused in the X-axis direction and returned to the original state in the Y-axis direction, as shown in FIGS. Since the light diameter remains the same, it becomes an elliptical light diameter with a flat cross section and intersects at the beam waist point at the focal position.The measurement area 24 where the laser beams C and D intersect is shown in Fig. 6). It can be thought of as being almost flat.

この円筒状レンズ22の裏面にはX軸方向に長軸を有す
る小径の円筒状レンズ23が第6図(a)。
On the back surface of this cylindrical lens 22 is a small diameter cylindrical lens 23 having a long axis in the X-axis direction as shown in FIG. 6(a).

(blに示すように張り付けられており、交叉領域から
光学系の光軸に沿って反射される反射光はこれらの円筒
状レンズ22.23によって集束される。
The reflected light reflected from the intersection area along the optical axis of the optical system is focused by these cylindrical lenses 22 and 23.

こうずれば二つの円筒状レンズ22.23の働きによっ
て得られる反射光を一つの凸レンズで集光するときと同
一の効果が得られることとなる。こうして得られた平行
な反射光は第1図に示す実施例と同様に反射鏡6によっ
て反射され、集光レンズ7によって集光されて光電変換
器8に与えられる。以後の各ブロックの構成及び動作は
第1発明の実施例と同様であり、断続の有無によって夫
々のレーザビームC1Dに対応する反射光毎にバンドパ
スフィルタ10.ローパスフィルタ11によって分離さ
れ波形整形回路1”2.43によって波形整形が行われ
る。そしてこれらの波形整形回路12.13からの出力
が一致するときに一致検出回路14ば出力を出しそのと
きに波形整形回路13からf47.られるパルス幅をパ
ルス幅検出回路15によっ′C検出し人力インターフェ
ース16を介してマイク1:1コンピユータI7に伝え
ることは前述した実施例と同様である。
In this case, the same effect as when the reflected light obtained by the action of the two cylindrical lenses 22 and 23 is condensed by one convex lens can be obtained. The parallel reflected light thus obtained is reflected by a reflecting mirror 6 in the same way as in the embodiment shown in FIG. The configuration and operation of each block thereafter are the same as in the embodiment of the first invention, and depending on the presence or absence of interruption, the bandpass filter 10. The waves are separated by a low-pass filter 11 and shaped by a waveform shaping circuit 1"2.43. When the outputs from these waveform shaping circuits 12.13 match, a coincidence detection circuit 14 outputs an output and changes the waveform at that time. The pulse width detected by the pulse width detection circuit 15 and transmitted to the microphone 1:1 computer I7 via the human interface 16 is similar to the embodiment described above.

このようにすれば気泡が平板状の測定領域24を通過す
ればその通過時間のデータが得られるため、短時間で多
数のデータを得ることが可能となる。ここで第6図fb
lに示すように測定領域24の幅WはレーザビームC,
Dの光径によって定まり、奥行きβは一致検出回路14
の一致出力を与える範囲によって調整することが可能で
ある。即ち一致検出回1?&14を二つの波形整形回路
12.13の出力が一瞬でも一致する際に出力を与える
ものとすればその奥行きlをもっとも広くすることが可
能であり、又両者の出力が例えば50%以上一致した時
に一致検出回路14より出力を与えるものとすればそれ
に応じて測定領域24の奥行きβを狭めることが可能と
なる。
In this way, when the bubble passes through the flat measurement area 24, data on the time taken for the bubble to pass can be obtained, making it possible to obtain a large amount of data in a short period of time. Here, Figure 6 fb
As shown in FIG. 1, the width W of the measurement area 24 is
Determined by the light diameter of D, the depth β is determined by the coincidence detection circuit 14
It is possible to adjust the range by giving a matching output of . In other words, match detection time 1? If &14 is made to give an output when the outputs of the two waveform shaping circuits 12.13 match even momentarily, it is possible to make the depth l the widest, and also when the outputs of both match, for example, by 50% or more. If the coincidence detection circuit 14 outputs an output from time to time, the depth β of the measurement area 24 can be narrowed accordingly.

〔実施例の変形例〕[Modified example of the embodiment]

以上説明した各実施例はいずれも一方のレーザビームを
ブラッグセルを用いて断続させそれによって二つのレー
ザビームを信号処理計で分離しているが、異なった波長
を有する二本のレーザビームを用いその波長の相違に基
づいて二つの反射光を分離してもよく、文人々のレーザ
ビームの偏光方向を異ならせその偏光方向の相違に基づ
いて二つのレーザビームの反射光を分離するようにして
もよい。
In each of the embodiments described above, one laser beam is interrupted using a Bragg cell, and the two laser beams are thereby separated by a signal processor, but two laser beams having different wavelengths are used. The two reflected lights may be separated based on the difference in wavelength, or the polarization directions of the laser beams may be different and the reflected lights of the two laser beams may be separated based on the difference in the polarization directions. good.

又以上説明した二つの発明の夫々の実施例では、反射光
を鏡によって反射させ集光レンズによってその反射光を
集光して光−電変換器に導くようにしているが、光ファ
イバ等を用いて光学系部と電気信号処理部とを分離する
ように構成することができることは言うまでもない。
Furthermore, in each of the embodiments of the two inventions described above, the reflected light is reflected by a mirror, and the reflected light is condensed by a condensing lens and guided to a photoelectric converter. Needless to say, the optical system section and the electrical signal processing section can be separated by using the optical system.

尚第2発明の実施例では円筒状レンズと組み合わせて反
射光を集光させるために小径の円筒状レンズを用いたが
、円筒状レンズの反射光が通過する中心線上に開口を設
けておきその部分に凸レンズを配置すれば、光軸に沿っ
た反射光を平行光線とし、もしくは反射光を一点で集光
せしめることも可能である。
In the embodiment of the second invention, a small-diameter cylindrical lens was used in combination with the cylindrical lens to condense the reflected light. By arranging a convex lens in a portion, it is possible to convert the reflected light along the optical axis into parallel rays or to condense the reflected light at a single point.

更に」二連した各実施例では水槽中の気泡径を計測する
気泡計測装置について説明したが、空中を浮遊する液体
粒子等信の粒子についても本発明を適用することが可能
である。
Furthermore, in each of the two consecutive embodiments, a bubble measuring device for measuring the diameter of bubbles in an aquarium has been described, but the present invention can also be applied to particles such as liquid particles floating in the air.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

1実施例の各部の波形を示す波形図、第5図は本願の第
2の発明の気泡計測装置を示す斜視図、第6図(,11
及び第6図(blば円筒状レンズ22によるレーザビー
ム、の集光状態を示す側面図及び上面図である。 1−−−−−He−N eレーザ  2−−−−−−ビ
ームスプリンタ  3−−−−−発振器  5−・−集
束レンズ  6−−−−−−−反射鏡  8−−−−−
−一光電変換器  10−−−−−バンドパスフィルタ
  11−−−−−−一ローパスフィルタ12 、 1
3−−−−−一致検出回路  14−・−−−−−一致
検出回路  15−−−−−−−パルス幅検出回路  
17−・−・−マイクーロコンピュータ  20 、 
21−−−−−−コリメートレンズ  22 、 23
−−−−−−一円筒状レンズ24−・−・−測定領域 代理人 弁理士 岡本官喜((lt!1名)第1図
A waveform diagram showing the waveforms of each part of the first embodiment, FIG. 5 is a perspective view showing the bubble measuring device of the second invention of the present application, and FIG.
and FIG. 6 (bl is a side view and a top view showing the convergence state of the laser beam by the cylindrical lens 22. 1. He-Ne laser 2. Beam splinter 3. ------Oscillator 5--Focusing lens 6--------Reflector 8-----
-One photoelectric converter 10---Band pass filter 11---One low pass filter 12, 1
3-------Coincidence detection circuit 14-------Coincidence detection circuit 15-------Pulse width detection circuit
17---Microcomputer 20,
21---Collimating lens 22, 23
---------One cylindrical lens 24--Measurement area agent Patent attorney Kanki Okamoto ((lt! 1 person) Fig. 1

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)分離可能で互いに平行な第1、第2のビームを発
生する光源と、 前記第1、第2の光ビームを測定領域において交叉せし
める光学手段と、 前記第1、第2の光ビームの反射光を受光し電気信号に
変換する光電変換器と、 第1、第2の光ビームの反射波信号を光ビームの性質に
基づいて分離する反射信号分離手段と、前記反射信号分
離手段により分離された第1、第2の反射波信号のうち
時間軸上で一致する信号を検出する一致検出手段と、 前記一致検出手段の出力に基づいて測定粒子の前記ビー
ムの交叉領域を通過する時間を検出する通過時間検出手
段と、を具備することを特徴とする粒子計測装置。
(1) A light source that generates first and second beams that are separable and parallel to each other; an optical means that causes the first and second light beams to intersect in a measurement area; and the first and second light beams. a photoelectric converter that receives the reflected light of the first and second light beams and converts it into an electrical signal; a reflected signal separation means that separates the reflected wave signals of the first and second light beams based on the properties of the light beam; and the reflected signal separation means. Coincidence detection means for detecting a signal that coincides on the time axis among the separated first and second reflected wave signals; and a time taken for the measurement particle to pass through the intersection region of the beam based on the output of the coincidence detection means. A particle measuring device comprising: transit time detection means for detecting.
(2)前記第1、第2の光ビームの少なくとも一方は所
定の周波数で断続された光ビームであり、前記反射信号
分離手段はその光ビームの信号断続の周波数により反射
波信号を分離するものであることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の粒子計測装置。
(2) At least one of the first and second light beams is a light beam interrupted at a predetermined frequency, and the reflected signal separation means separates the reflected wave signal according to the frequency of the signal interruption of the light beam. A particle measuring device according to claim 1, characterized in that:
(3)前記第1、第2の光ビームは互いに異なる偏光方
向を有する光ビームであり、前記反射信号分離手段は偏
光フィルタから成るものであることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の粒子計測装置。
(3) The first and second light beams are light beams having different polarization directions, and the reflected signal separation means is composed of a polarizing filter. particle measuring device.
(4)分離可能で互いに平行な第1、第2のビームを発
生する光源と、 前記第1、第2の光ビームを互いに同一の一方向にのみ
集束させ、断面が薄い楕円状の光径として一点で交叉せ
しめる円弧柱状に形成された円弧状レンズを有する光学
手段と、 前記第1、第2の光ビームの反射光を受光し電気信号に
変換する光電変換器と、 第1、第2の光ビームの反射波信号を光ビームの性質に
基づいて分離する反射信号分離手段と、前記反射信号分
離手段により分離された第1、第2の反射波信号のうち
時間軸上で一致する信号を検出する一致検出手段と、 前記一致検出手段の出力に基づいて測定粒子の前記ビー
ムの交叉領域を通過する時間を検出する通過時間検出手
段と、を具備することを特徴とする粒子計測装置。
(4) a light source that generates first and second beams that are separable and parallel to each other; and a light source that focuses the first and second light beams only in the same direction and has an elliptical light diameter with a thin cross section. an optical means having an arc-shaped lens formed in an arc column shape that intersects at one point; a photoelectric converter that receives reflected light of the first and second light beams and converts it into an electrical signal; reflected signal separation means for separating reflected wave signals of the light beam based on the properties of the light beam; and signals that coincide on a time axis among the first and second reflected wave signals separated by the reflected signal separation means. A particle measuring device comprising: a coincidence detecting means for detecting; and a transit time detecting means for detecting a time for a measurement particle to pass through an intersection region of the beam based on an output of the coincidence detecting means.
(5)前記第1、第2の光ビームの少なくとも一方は所
定の周波数で断続された光ビームであり、前記反射信号
分離手段はその光ビームの信号断続の周波数により反射
波信号を分離するものであることを特徴とする特許請求
の範囲第4項記載の粒子計測装置。
(5) At least one of the first and second light beams is a light beam interrupted at a predetermined frequency, and the reflected signal separation means separates the reflected wave signal according to the frequency of the signal interruption of the light beam. The particle measuring device according to claim 4, characterized in that:
(6)前記第1、第2の光ビームは互いに異なる偏光方
向を有する光ビームであり、前記反射信号分離手段は偏
光フィルタから成るものであることを特徴とする特許請
求の範囲第4項記載の粒子計測装置。
(6) The first and second light beams are light beams having different polarization directions, and the reflected signal separation means is composed of a polarizing filter. particle measuring device.
(7)前記光学手段は、前記第1、第2の光ビームの中
間位置の前記円筒状レンズに隣接して前記円筒状レンズ
の長軸方向と異なる方向に向けて設けられ、前記測定領
域からの反射光を集光する第2の円筒状レンズを有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の気泡計測
装置。
(7) The optical means is provided adjacent to the cylindrical lens at an intermediate position between the first and second light beams and faces in a direction different from the long axis direction of the cylindrical lens, and 5. The bubble measuring device according to claim 4, further comprising a second cylindrical lens for condensing the reflected light.
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