KR20080085741A - 초점이 가변되는 광학유속측정장치 - Google Patents

Abstract

유체의 속도를 측정하기 위하여, 레이저 빔의 초점 거리를 용이하게 변화시킬 수 있는 광학유속측정장치가 개시된다. 레이저 빔의 집속을 위하여 유체렌즈를 사용함으로써 렌즈구경을 저전력으로 신속, 정확하게 변화시켜 유동장 내 구조물의 경계층 유속 및 전단응력의 측정을 용이하게 한다. 레이저 광원으로서 다이오드 레이저를 사용하여 유체렌즈를 포함하는 광학 어레이를 일체화함으로서 소형화할 수 있으며, 구조물의 표면에 삽입하여 표면 유동장 측정센서로 활용이 가능하다.

유체렌즈, LDV, 다이오드 레이저, 경계층, 유속, 전단응력, 광섬유

Description

초점이 가변되는 광학유속측정장치{LASER DOPPLER VELOCITY SYSTEM FOR CHANGING BEAM FOCUSING}

본 발명은 초점이 가변되는 광학유속측정장치에 관한 것으로, 보다 더 자세히 설명하면 유동장 내 구조물의 주위에 흐르는 유속 및 전단응력 등을 측정하기 위하여, 레이저 빔의 초점 거리를 용이하게 변화시킬 수 있는 초점이 가변되는 광학유속측정장치에 관한 것이다.

근래에 광학적 측정기법의 발달로 도플러 효과를 이용한 유속측정장치인 LDV(Laser Doppler Velocimeter) 시스템이 유동장의 유속측정에 광범위하게 사용되게 되었다.

유속을 측정하기 위한 일반적 측정방법으로는, 집속렌즈가 장착된 프루브를 가시창이 장착된 유동장 외부 측정위치에 초점이 형성되도록 설치하고, 레이저를 주사하여 유동입자의 산란광을 검출해 냄으로써 유속을 측정한다. 측정점을 이동하기 위해서는, 프루브를 이송장치 등을 이용하여 기계적으로 이동시킨다. 이와 같이 측정점 위치에 따라 프루브를 이송하는 것은 집속렌즈의 초점거리가 고정적이기 때문이다.

한편, 유동측정에 있어 유동장 내 구조물의 경계층 영역에서의 유속정보는 공학적으로 매우 중요하다. 도 1은 유동장 내 구조물의 표면에서 나타나는 경계층의 속도 구배를 도시한 개략도이다. 이에 도시된 바와 같이, 구조물 표면(10)에서 일정 영역(30)까지는 표면의 전단 마찰력의 영향을 받아서, 속도 구배(U(y))를 갖는 경계층이 존재한다. 경계층 내(30)에서는 구조물과의 전단 마찰력에 의하여 구조물에 가까워질수록 점차 속도가 감소하여 구조물 표면(10)에서는 유속이 “0”가 된다. 표면에서 일정 영역(30) 이상 떨어진 위치에서는 표면의 전단력의 영향이 미미하여, 유속(U0)이 동일한 영역이 존재한다. 특히 경계저층(20) 영역에서는 속도구배가 선형적이며 Newtonian 유체의 경우 구조물의 표면전단응력이 속도구배에 선형적으로 비례하는 것으로 알려져 있다. 따라서 경계층 내 y 방향의 정확한 유동 측정은 구조물 주변의 유속분포뿐만 아니라 표면전단응력의 정보획득에 매우 중요하다.

이러한 경계층은 구조물 표면에 인접한 영역으로 표면 전단응력 등은 표면 1 mm 이내에서 다수개의 측정점을 확보해야 할 경우도 있으므로 정교한 분해능을 갖는 LDV 시스템이 요구되므로 기존의 일반적인 LDV 시스템이나 이를 이용한 측정방법으로는 한계가 있다.

최근에는 위 용도에 적합한 소형 LDV 시스템이 개발되어 점차 사용이 확대되고 있다. 일 예로 미국의 MSE사에서는 반도체 레이저를 사용하여 프루브를 소형화함으로써 미니 LDV를 개발하여 경계층 유동측정에 사용되고 있다. 또한 이보다 더 표면에 근접하여 구조물 표면 전단응력을 측정하기 위하여 구조물 표면에 일체형으 로 장착하는 전단응력 전용 측정장치도 개발하였다. 이들 측정장치들은 레이저 집속렌즈의 초점거리가 고정형이므로 미니 LDV의 경우에 여전히 기계적 이송장치를 사용하여야 하며, 표면 일체형의 소형 센서형으로 할 경우 측정위치는 고정적일 수 밖에 없다.

도 2는 이러한 LDV의 일반 예로서 특히 집속렌즈의 초점거리가 길지 않은 경우 저출력의 소형 다이오드 레이저를 일체화한 소형 LDV 프루브의 개념도를 나타낸 것이다. 작동원리를 살펴보면, 유동장의 측정위치에 조준된 LDV 프루브(100)에 레이저 발생을 위한 동력(131)이 공급되면 다이오드 광생성 유닛(130)에서 레이저가 발생하고 이는 분광 유닛(150)과 반사경(151)에 의하여 평행광(132)으로 양분되어 집속렌즈(110)로 전달된다. 집속렌즈에 의하여 측정점(133) 즉, 초점거리(y)에 집속된 레이저는 프린지(fringe)를 형성하며 이 영역을 지나는 부유입자(101)들은 레이저 광을 산란시킨다.

이 산란광은 부유입자의 속도에 상당하는 주파수 변이(도플러 효과)를 일으키며 이 산란광(142)의 일부가 되돌아 와 프루브 내의 수광렌즈(120)에 의하여 집속된다. 집속된 광신호는 광케이블(140)을 통하여 주파수 분석기로 전송(141)된다. 주피수 분석기로부터 도플러 주파수를 검출함으로써 부유입자 즉, 측정점에서의 유속을 알아 낼 수 있는 것이다.

상기 시스템의 일반적인 레이저 집속렌즈(110)는 초점거리(y)가 고정되어 있으므로 y 방향에 따른 측정점을 변화시키기 위해서는 프루브(100) 전체를 이동시켜야 하며 이를 위하여 별도의 기계적 이송장치를 결합하여야 한다. 따라서 부가적 이송장치가 필요하며 이에 따라 장치의 부피가 커지고 프루브의 이송에 있어 신속, 정확한 구동에 제한이 따르는 문제점이 있다.

즉, 측정점을 이동시킬 때, 프루브를 이송해야 하는 문제점은 해결되지 않았다. 이러한 문제는 전술한 바와 같이, 집속 렌즈의 초점거리가 고정되어 있기 때문에, 프루브 자체를 이송해야하기 때문이다. 이로 인하여, 신속한 유속 측정이 곤란해지고, 번가로울 뿐만 아니라, 유속 측정의 효율이 떨어지는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

본 발명의 일목적은 LDV 프루브를 표면 일체형의 소형 센서형으로 하되 구조물 표면의 경계층 유속뿐만 아니라 표면 전단응력의 측정도 가능하도록 레이저 집속렌즈의 초점을 임의로 변경할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 유동측정에 가변 초점구현 LDV 시스템을 적용함으로써 구조물 주위 임의위치에서의 유속측정뿐 아니라 표면 전단응력 측정도 하나의 측정장치로 가능하게 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 구조물 주위 임의위치 유속측정에 있어 별도의 기계적 이송수단 없이 기능토록 함으로써 측정센서의 소형화를 이루고 신속, 정확한 작동을 보장하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 레이저 집속렌즈의 초점이 수시로 변경이 가능하여, 신속한 유속 측정이 가능하며, 효율이 비약적으로 향상될 수 있는 광학유속측정장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 광학유속측정장치는 레이져를 생산하는 광생성 유닛, 상기 레이져를 복수의 광원으로 분할하는 분광유닛, 분할된 상기 광원을 집속하여 유속을 측정하고자 하는 곳에 출력하여 초점을 형성하도록 내부에 유체를 함유한 유체렌즈를 포함하는 집속렌즈, 상기 집속렌즈의 구면을 변화시켜 초점 거리를 조절하는 가변초점 구현유닛, 상기 초점이 형성된 레이져의 산란광을 입력받아 집적하는 수광렌즈, 상기 집적된 산란광을 이용하여 유속을 검출하는 연산유닛을 포함한다.

상기 분광유닛은 발생된 레이져를 분할하는 분광 유닛 및 분할된 일부의 레이져를 반사하여 그 경로를 변화시키는 반사경을 포함하며, 상기 연산유닛은 주파수 분석기로서, 도플러 주파수를 검출하여 유속을 계산하는 것이 좋다.

여기서, 상기 가변초점 구현유닛은 상기 집속렌즈에 기전력을 제공하여 상기 집속렌즈의 곡률반경을 변화시키는 것이 바람직하며, 이를 위하여 상기 집속렌즈는 그 제1 및 제2 액체가 수용되며, 상기 제1 및 제2 액체는 비중이 동일하되 서로 섞이지 않아 경계면을 형성하도록 구비된다.

이 때, 상기 제1 액체는 전도성 액체이며, 상기 제2 액체는 절연성 액체인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 집속렌즈는 투명한 신축성 있는 재질로 형성되어, 그 내부의 충진 액체의 양에 따라 구면이 변화하도록 구비되는 것이 가능하다.

이 때, 상기 가변초점 구현유닛은 상기 집속렌즈 내부의 액체의 양을 조절하여 상기 집속렌즈의 구면을 변화시키는 것이 바람직하며, 이를 위하여, 상기 가변초점 구현유닛은 상기 집속렌즈에 액체를 투입하기 위한 유입튜브, 상기 집속렌즈에 액체를 제거하기 위한 출입튜브 및 상기 액체를 유동시키는 펌프를 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 가변초점 구현유 닛은 상기 집속렌즈에 결합되어 상기 집속렌즈에 인장력 및 압축력을 제공하는 것이 가능하며, 이 때, 상기 가변초점 구현유닛은 인장력 및/또는 압축력을 생산하는 엑츄에이터 및 상기 엑츄에이터 및 상기 집속렌즈와 연결되어 상기 인장력 및/또는 압축력을 이용하여 상기 집속 렌즈를 늘리거나 잡아 당겨 상기 집속 렌즈의 구면을 변화시키는 연결유닛을 포함한다.

이 때, 상기 엑츄에이터는 보이스코일 모터(VCM, voice coil motor) 또는 압전소자(piezoelectric element) 중 적어도 하나로 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 유동장 내 구조물 표면 주변의 유속분포를 프루브의 이송을 위한 별도의 기계적 이송장치 없이 신속, 정확하게 측정할 수 있게 되었으며, LDV 프루브를 표면 일체형의 소형 센서형으로 하되 구조물 표면의 경계층 유속뿐만 아니라 표면 전단응력의 측정도 가능하도록 레이저 집속렌즈의 초점을 임의로 변경할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 유동측정에 가변 초점구현 LDV 시스템을 적용함으로써 구조물 주위 임의위치에서의 유속측정뿐 아니라 표면 전단응력 측정도 하나의 측정장치로 가능한 효과가 있다.

또한, 기계적 이송장치가 불필요하여 프루브의 소형화가 용이하며 구조물과 일체화 시켜 측정센서화가 가능한 효과가 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명 하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 이하 설명에서는 구성 및 기능이 거의 동일하여 동일하게 취급될 수 있는 요소는 동일한 참조번호로 특정될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학유속측정장치의 프루브를 도시한 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 광학유속측정장치의 프루브(200)는 그 내부에 레이져를 발생시키기 위한 광생성 유닛(230)이 수납되어 있다. 또한, 광생성 유닛(230)에서 발생한 레이져의 빛을 양분시키는 분광 유닛(250)가 내부에 수납되어 있으며, 또한, 출력되는 레이져의 초점을 형성하기 위한 집속렌즈(210)와, 입력되는 레이져광을 모아주는 수광렌즈(220)가 그 내부에 수납되어 있다.

먼저, 본 발명의 핵심적 기술 특징이라고 할 수 있는 집속렌즈(210)는 집속렌즈의 초점을 임의로 변화시키기 위하여 일반적 고정초점렌즈 대신 내부에 유체를 함유한 유체렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.

유체렌즈는 근래에 활발히 연구되고 있는 광학기술로 전기습윤현상을 이용하여 전도성 액체와 용기의 전압차를 발생시켜 액체 구면의 곡률을 변화시킴으로써 렌즈의 초점거리를 변화시키는 방식이 바람직하며, 또한 유연한 투명용기에 액체를 주입하고 내용물을 가감하여 액체용기의 구면을 변화시킴으로써 렌즈의 초점거리를 조절하는 것도 바람직하다.

유체렌즈는 소형화가 용이하며 적은 동력으로 신속, 정확한 가변초점 구현이 가능한 것이 장점이다. 이러한 유체렌즈의 가변 초점 구현기능을 LDV 시스템에 적용함으로써 기계적 이송수단 없이 프루브 자체를 측정구조물에 일체화하고 주변의 경계층 유속뿐만 아니라 표면 전단응력까지 측정할 수 있다.

다음, 광생성 유닛(230)에 대하여 설명하면 다음과 같다. 광생성 유닛(230)은 다이오드를 이용하여 레이져를 생산하는 것이 좋으며, 측정을 위한 레이저 소스는 He-Ne, Ar-ion 등 다양한 발생수단에 의하여 특정 주파수대의 레이저를 발생시킬 수 있으며 사용목적에 따라 선택하여 사용할 수 있다.

다음, 분광 유닛(250)에 대해 설명하면, 발생된 레이저는 분광 유닛(beam splittter)에 의하여 균등 분할되어 집속렌즈로 보내진다. 이 과정에서 빔 경로의 조정을 위하여 적절한 광학계가 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

광생성 유닛(230)에서 생산된 레이져는 분광 유닛(250)에 의하여 평행광(232) 및 반사광으로 나누어진다. 반사광은 반사경(251)에 반사되며, 평행광 및 반사광은 서로 평행하게 집속렌즈(210)을 통과한다.

집속렌즈(210)은 유체렌즈로서 인가된 기전력(211)에 의하여 구면(208)을 형성함으로써 제 1 측정점(233)에 초점이 맺히도록 조정된다. 측정점(233) 즉, 초점거리(y1)에 집속된 레이저는 프린지(fringe)를 형성하며 이 영역을 지나는 부유입자(201)들은 레이저 광을 산란시킨다. 이 산란광은 부유입자의 속도에 상당하는 주파수 변이(도플러 효과)를 일으키며 이 산란광(242)의 일부가 되돌아 와 프루브 내 의 수광렌즈(220)에 의하여 집속된다. 집속된 광신호는 광케이블(240)을 통하여 주파수 분석기로 전송(241)된다. 주피수 분석기로부터 도플러 주파수를 검출함으로써 제 1 측정점(233)에서의 유속을 알아낼 수 있는 것이다.

이때, 초점거리를 변화시켜 다른 부유입자의 속도를 측정하고자 할 경우, 즉 변경된 y 방향 위치의 유속을 측정하고자 할 경우에는 집속렌즈(210)에 인가하는 기전력(211)을 적절히 변화시켜 유체렌즈의 구면을 209와 같이 변화시킴으로써 측정하고자 하는 또 다른 위치(234)에 초점거리 (y2)가 형성되도록 제어한다. 이러한 모습을 도 4에 도시하였다.

이후 같은 방법으로 입사 레이저(232)의 부유입자(201)에 의한 산란광(242)을 수집하여 도플러 주파수를 검출함으로써 제 2　측정점(234)에서의 유속을 알아낼 수 있는 것이다. 이와 같은 방법으로 집속렌즈(210)의 초점거리를 변경함으로써 구조물 표면(10) 주변의 경계층 유속분포를 측정할 수 있으며 특히, 경계저층(20)에서의 유속을 함께 측정함으로써 구조물 표면전단응력도 측정할 수 있어, 종래의 유속 측정장치와 표면전단응력 측정장치로 따로 구분하여 측정하던 측정변수들을 하나의 측정장치로 측정할 수 있게 되는 것이다.

다시 한번 강조하면, 본 발명의 핵심적 특징은 집속 렌즈에 기전력을 인가하여 액체 렌즈의 구면을 변화시킴으로서 초점거리를 달리하는 것이다. 이러한 작동 원리를 도 5에 도시하였다.

유체렌즈는 상하가 투명절연체(204, 205)로 밀폐된 실린더형 용기(210)에 적절한 광학적 성질의 액체로 충전되어 있는데 상부는 전도성 액체(202)로 하부는 절 연성 액체로 채워지며 두 액체는 비중이 동일하며 서로 섞이지 않는 성질을 유지하여 두 액체가 경계면을 형성한다. 이때 전도성 액체(202)와 하부 패널(205)에 전위차를 가하면 액체 경계면의 곡률반경반경이 변하게 된다. 이와 같은 현상을 전기습윤현상이라 하며 전압을 변화시킴으로써 유체렌즈의 곡률반경을 제어 (208, 209)하여 가변초점을 구현하게 되는 것이다.

즉, 렌즈의 구면이 208 또는 209와 같이 변화하면서 초점 거리를 간편하게 변화시킬 수 있으므로, 전단응력에 따른 속도 구배를 매우 용이하게 얻을 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 제2 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학유속측정장치의 프루브를 도시한 구성도이다.

제1 실시예와 동일한 부분은 간략화 및 명료화를 위하여 생략하기로 한다.

달라진 부분은 집속렌즈(300) 역할을 하는 유체렌즈(310)로서 그 구동방법에 있어, 투명한 유연재질의 주머니 내 충진 액체(302)의 양을 조절함으로써 구면의 곡률반경을 조절하는 방법을 예시하였다. 즉, 튜브를 통하여 광학적 성질을 갖는 액체(302)를 유출 혹은 유입(311)하여 유체렌즈(310)의 구면의 형상을 변화(308, 309)시킴으로써 초점거리를 짧게(y1) 혹은 길게(y2) 형성하여 측정점의 위치를 변화시키는 방식이다. 이와 같이 구면의 형상이 변화함으로써 측정점의 위치가 변화하는 예를 도 7에 도시하였다.

도 8은 투명한 신축성이 있는 유연재질의 주머니 내 충진 액체의 양을 조절 함으로써 구면의 곡률반경을 변화시키는 방식의 유체렌즈 구동원리를 나타낸 것이다.

액체를 담을 수 있는 투명하고 신축성 있는 유연재질의 용기(310)에 광학적 성질을 갖는 액체(302)를 용기 주변부에 연결된 튜브를 통하여 유출입 시킴으로써 액체용기 구면의 곡률반경을 길게(308) 혹은 짧게(309)하여 렌즈의 초점거리를 제어할 수 있다. 액체의 유출입을 위한 펌프는 전기적, 기계적 동력으로 작동하는 다양한 수단을 포함할 수 있다.

이러한 상기 집속렌즈(300)의 구면 제어는 액체의 유출입을 이용한 상기 방법 외에 다른 방법도 포함될 수 있다. 이를 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 9를 제시한다. 도 9는 제2 실시예의 변형실시예에 따른 집속렌즈의 구면 변화 원리를 설명하기 위한 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 유체렌즈는 액체용기(310)에 일정량의 액체(302)를 채운 상태에서 외부로부터의 액체 유출입구를 갖지 않고 액체용기(310) 주변부에 반경방향으로 인장, 수축력을 줄 수 있는 수단을 부착한 형태일 수 있으며 구동을 위한 액츄에이터(440)는 전기적, 기계적 동력으로 작동하는 다양한 수단을 포함할 수 있다. 상기 엑츄에이터(440)는 상기 집속렌즈(300)와 연결 유닛(미도시)으로 연결되어 있으며, 엑츄에이터(300)에서 생산된 인장력 또는/및 압축력은 상기 연결 유닛을 통해 상기 집속렌즈(300)로 전달되게 된다. 전달된 인장력 또는/및 압축력은 상기 집속 렌즈(300)에 포함된 상기 액체용기(310)를 늘리거나 잡아 당기게 되어 상기 집속 렌즈(300)의 구면을 변화시 켜 초점 거리를 변화시키게 된다.

또한, 상기 엑츄에이터(440)는 상기 인장 또는 수축력을 상기 액체용기(310)가 상기 레이져의 투사 방향과 수직되는 방향으로 구동되도록 구비되어 상기 집속렌즈(300)의 초점거리를 변화시키도록 하는 것도 가능하다.

이 때, 상기 엑츄에이터(440)는 일반적으로 고정밀의 위치 결정장치로 상용되는 리니어 모터(linear motor), 보이스코일 모터(VCM, voice coil motor) 또는 압전소자(piezoelectric element) 중 적어도 하나로 구비되는 것이 바람직하나, 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다.

도 10은 전기습윤현상을 이용한 유체렌즈를 포함한 LDV 프루브(200)와 유체렌즈 및 레이저 발생장치의 구동을 위한 동력의 입력(211, 231)과 측정 광신호의 처리장치(260)의 블록도를 나타낸 것이다. 각 구성장치의 배치는 상기 도면에 국한되지 않고 바뀔 수 있다. 즉, 프루브(200) 내의 레이저발생장치(230)나 외부의 광신호 처리장치(260) 등이 프루브 내부 혹은 외부에 배치될 수도 있다.

도 11은 투명 유연 재질 액체용기 내 액체량 조절을 이용한 유체렌즈를 포함하는 LDV 프루브(300)와 유체렌즈 및 레이저 발생장치의 구동을 위한 동력의 입력장치(231, 370)와 측정 광신호의 처리장치(260)를 나타낸 것이다. 각 구성장치의 배치는 상기 도면에 국한되지 않고 바뀔 수 있다. 즉, 프루브(200) 내의 레이저발생장치(230)나 외부의 광신호 처리장치(260) 및 액체이송 펌프(370)등이 프루브 내부 혹은 외부에 배치될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해 당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 유동장 내 구조물 표면 경계층에서의 유속분포 개략도이다.

도 2는 기존 미니 LDV 시스템 개략도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학유속측정장치를 도시한 구성도이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학유속측정장치에서 초점거리가 변화되는 작동을 도시한 구성도이다.

도 5는 제1 실시예에 따른 집속렌즈의 구면 변화 원리를 설명하기 위한 개략도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학유속측정장치의 프루브를 도시한 구성도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학유속측정장치에서 초점거리가 변화되는 작동을 도시한 구성도이다.

도 8은 제2 실시예에 따른 집속렌즈의 구면 변화 원리를 설명하기 위한 개략도이다.

도 9는 제2 실시예의 변형실시예에 따른 집속렌즈의 구면 변화 원리를 설명하기 위한 개략도이다.

도 10은 구동 동력 및 신호 입출력 개략도이다.

도 11은 또 다른 구동 동력 및 신호 입출력 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

202: 전도성 액체 203: 절연성 액체

210: 집속렌즈 220: 수광렌즈

230: 광생성 유닛 240: 광케이블

250: 분광 유닛 251: 반사경

Claims (11)

1. 레이져를 생산하는 광생성 유닛;

   상기 레이져를 복수의 광원으로 분할하는 분광 유닛;

   분할된 상기 광원을 집속하여 유속을 측정하고자 하는 곳에 출력하여 초점을 형성하도록 내부에 유체를 함유한 유체 렌즈를 포함하는 집속렌즈;

   상기 집속렌즈의 구면을 변화시켜 초점거리를 조절하는 가변초점 구현유닛;

   상기 초점이 형성된 레이져의 산란광을 입력받아 집적하는 수광렌즈; 및

   상기 집적된 산란광을 이용하여 유속을 검출하는 연산유닛;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학유속측정장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 분광 유닛은

   발생된 레이져를 분할하는 분광 유닛; 및

   분할된 일부의 레이져를 반사하여 그 경로를 변화시키는 반사경;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학유속측정장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 가변초점 구현유닛은 상기 집속렌즈에 기전력을 제공하여 상기 집속렌즈의 곡률반경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광학유속측정장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 집속렌즈는 그 제1 및 제2 액체가 수용되며, 상기 제1 및 제2 액체는 비중이 동일하되 서로 섞이지 않아 경계면을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학유속측정장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제1 액체는 전도성 액체이며, 상기 제2 액체는 절연성 액체인 것을 특징으로 하는 광학유속측정장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 집속렌즈는 투명한 신축성 있는 재질로 형성되어, 그 내부의 충진 액체의 양에 따라 구면이 변화하는 것을 특징으로 하는 광학유속측정장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 가변초점 구현유닛은 상기 집속렌즈 내부의 액체의 양을 조절하여 상기 집속렌즈의 구면을 변화시키는 것을 특징으로 광학유속측정장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 가변초점 구현유닛은 상기 집속렌즈에 액체를 투입하기 위한 유입튜브;

   상기 집속렌즈에 액체를 제거하기 위한 출입튜브; 및

   상기 액체를 유동시키는 펌프;

   를 포함하는 광학유속측정장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 가변초점 구현유닛은 상기 집속렌즈에 결합되어 상기 집속렌즈에 인장력 및 압축력을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학유속측정장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 가변초점 구현유닛은

    인장력 및/또는 압축력을 생산하는 엑츄에이터; 및

    상기 엑츄에이터 및 상기 집속렌즈와 연결되어 상기 인장력 및/또는 압축력을 이용하여 상기 집속 렌즈를 늘리거나 잡아 당겨 상기 집속 렌즈의 구면을 변화시키는 연결유닛;

    을 포함하는 광학유속측정장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 엑츄에이터는 보이스코일 모터(VCM, voice coil motor) 또는 압전소자(piezoelectric element) 중 적어도 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는 광학유속 측정장치.

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