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JP5115927B2 - Optical fiber probe bubble measuring device and method - Google Patents
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JP5115927B2 - Optical fiber probe bubble measuring device and method - Google Patents

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Description

本発明は、原子炉、バイオリアクター、熱交換器、気液反応装置等の気体と液体が混在する流動現象を有する全ての産業機器に対して、その装置内における気泡速度、気泡弦長、気泡体積率等を同時かつ高精度に計測できる装置及び方法に関するものである。   The present invention relates to all industrial equipment having a flow phenomenon in which gas and liquid are mixed, such as a nuclear reactor, a bioreactor, a heat exchanger, and a gas-liquid reaction apparatus. The present invention relates to an apparatus and method capable of simultaneously measuring volume ratios and the like with high accuracy.

従来、光ファイバープローブを液体中で気液二相流の主流方向に向けて配置し、該光ファイバープローブ内の反射光量の変化を検出することで、気泡を計測する技術が知られている。しかしながら、従来の気泡計測技術においては、気泡界面速度及び気泡弦長の同時計測するためには複数本のプローブを所定間隔離して配置して使用しなければならなかった。しかし、そのような多点プローブでは幾何学的形状の制約により、計測可能な最小気泡径に限界があった。そこで、そのような課題を解決すべく、本発明者は特許文献1に開示されているような単一プローブによる気泡計測方法及び装置を開発した。この気泡計測技術は、ファイバー軸に垂直な方向に対して傾斜している端面を有する光ファイバーを気泡検出用プローブとして用い、測定対象物である気泡が該端面を通過する際の該端面で反射される光量の変化を計測し、その計測結果に基づいて該気泡の並進速度、界面速度、気泡弦長及び/又は気泡体積率を同時に求めるものであるが、プローブと気泡との接触位置の判別ができず、高精度な気泡計測は困難であった。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for measuring bubbles by arranging an optical fiber probe in a liquid in a mainstream direction of a gas-liquid two-phase flow and detecting a change in the amount of reflected light in the optical fiber probe is known. However, in the conventional bubble measurement technique, in order to simultaneously measure the bubble interface velocity and the bubble chord length, a plurality of probes must be separated and used at predetermined intervals. However, in such a multipoint probe, there is a limit to the minimum bubble diameter that can be measured due to geometric constraints. In order to solve such a problem, the present inventor has developed a bubble measuring method and apparatus using a single probe as disclosed in Patent Document 1. In this bubble measurement technique, an optical fiber having an end surface inclined with respect to a direction perpendicular to the fiber axis is used as a bubble detection probe, and a bubble as a measurement object is reflected by the end surface when passing through the end surface. Measuring the change in the amount of light, and simultaneously obtaining the translation speed, interface speed, bubble chord length, and / or bubble volume ratio of the bubble based on the measurement results. It was impossible to measure bubbles with high accuracy.

特許文献1のほか、従来技術として特許文献2がある。特許文献2も特許文献1と同様に、本発明者らによる従来技術である。この文献には先端面が傾斜したファイバーを用いて気泡の並進速度、界面速度、気泡弦長及び気泡体積率を測定する気泡検出用プローブが記載されている。
特開2000−136962号公報 特開2006−226703号公報
In addition to Patent Document 1, there is Patent Document 2 as a conventional technique. Similarly to Patent Document 1, Patent Document 2 is a prior art by the present inventors. This document describes a bubble detection probe that measures the bubble translation speed, interface velocity, bubble chord length, and bubble volume ratio using a fiber having a tip end inclined.
JP 2000-136962 A JP 2006-226703 A

気泡はプローブに対して任意の場所から接近するので、必ずしも気泡中心がプローブの先端を通るとは限らない。しかしながら、特許文献1及び2のような従来の気泡計測技術では、気泡検出用の光ファイバープローブの先端と気泡との接触位置を把握することは困難であった。プローブが気泡の端部と接触した場合、気泡弦長、気泡径、界面速度、気泡体積率等を正確に求めることはできない。したがって、これらを正確に求めるためには、プローブ先端と気泡との接触状態を検出した上で、気泡中心がプローブ先端を通過した場合の反射光量の変化を計測する必要がある。   Since the bubble approaches the probe from an arbitrary place, the center of the bubble does not necessarily pass through the tip of the probe. However, with the conventional bubble measurement techniques such as Patent Documents 1 and 2, it is difficult to grasp the contact position between the tip of the optical fiber probe for detecting bubbles and the bubbles. When the probe comes into contact with the end of the bubble, the bubble chord length, bubble diameter, interface speed, bubble volume ratio, etc. cannot be determined accurately. Therefore, in order to obtain these accurately, it is necessary to measure the change in the amount of reflected light when the center of the bubble passes through the probe tip after detecting the contact state between the probe tip and the bubble.

本発明は上記問題点に鑑み、光ファイバープローブを用いた気泡計測において、気泡弦長、気泡径、界面速度、気泡体積率等を正確に求めるために、プローブ先端と気泡との接触状態も併せて検出することができる、光ファイバープローブ気泡計測装置及び方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, in the bubble measurement using the optical fiber probe, the present invention also includes the contact state between the probe tip and the bubble in order to accurately obtain the bubble chord length, bubble diameter, interface velocity, bubble volume ratio, etc. An object of the present invention is to provide an optical fiber probe bubble measuring device and method that can be detected.

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
ファイバー軸に垂直な方向に対して少なくとも一部が傾斜している第1端面を有する光ファイバーからなり、前記第1端面が液体中に配置されている光ファイバープローブと、
前記光ファイバーの第1端面とは反対側の第2端面から光を供給する光供給手段と、
前記光供給手段により供給された光が前記第1端面で反射して前記第2端面に戻ってくる、反射光量を計測する反射光量計測手段と、
前記反射光量の計測結果に基づいて前記液体中の気泡を計測する信号処理手段と、を有する気泡計測装置であって、
前記信号処理手段は、前記第1端面が前記気泡に接触する前に発生する前記反射光量のプレシグナルに基づいて、前記第1端面と前記気泡との接触状態を判定する手段をさらに有する、
気泡計測装置。
ファイバー軸に垂直な方向に対して少なくとも一部が傾斜している第1端面を有する光ファイバーからなり、前記第1端面が液体中に配置されている光ファイバープローブを用い、
前記光ファイバーの第1端面とは反対側の第2端面から光を供給する光供給工程と、
前記光供給工程により供給された光が前記第1端面で反射して前記第2端面に戻ってくる、反射光量を計測する反射光量計測工程と、
前記第1端面が前記気泡に接触する前に発生する前記反射光量のプレシグナルに基づいて、前記第1端面と前記気泡との接触状態を判定する接触状態判定工程と、
前記接触状態判定工程の判定結果と、前記反射光量の計測結果とに基づいて前記液体中の気泡を計測する気泡計測工程と、を有する
気泡計測方法。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
An optical fiber probe comprising an optical fiber having a first end face inclined at least partially with respect to a direction perpendicular to the fiber axis, wherein the first end face is disposed in the liquid;
Light supply means for supplying light from the second end surface opposite to the first end surface of the optical fiber;
Reflected light quantity measuring means for measuring the reflected light quantity, wherein the light supplied by the light supply means is reflected by the first end face and returns to the second end face;
A signal processing means for measuring bubbles in the liquid based on the measurement result of the reflected light amount, and a bubble measuring device comprising:
The signal processing means further includes means for determining a contact state between the first end face and the bubble based on a pre-signal of the reflected light amount generated before the first end face comes into contact with the bubble.
Bubble measuring device.
Using an optical fiber probe comprising an optical fiber having a first end face that is at least partially inclined with respect to a direction perpendicular to the fiber axis, wherein the first end face is disposed in a liquid;
A light supplying step of supplying light from a second end surface opposite to the first end surface of the optical fiber;
A reflected light amount measuring step of measuring a reflected light amount, wherein the light supplied by the light supplying step is reflected by the first end surface and returns to the second end surface;
A contact state determination step of determining a contact state between the first end surface and the bubble based on a pre-signal of the reflected light amount generated before the first end surface contacts the bubble;
A bubble measurement method comprising: a bubble measurement step of measuring bubbles in the liquid based on a determination result of the contact state determination step and a measurement result of the amount of reflected light.

また、好ましい実施形態として、以下のものが有り得る。
前記光ファイバープローブは、近接配置された複数の光ファイバーからなり、前記信号処理手段は、前記複数の光ファイバーからの反射光量の計測結果に基づき、前記第1端面と前記気泡との接触状態を判定し、前記液体中の気泡を計測する。
前記光ファイバープローブは、近接配置された2本の光ファイバーからなり、前記2本の光ファイバーは、それぞれの第1端面の傾斜している方向が互いに反対方向になるように背中合わせに配置されており、前記信号処理手段は、前記2本の光ファイバーからの反射光量の両方でプレシグナルが検出された場合に、前記液体中の気泡を計測する。
前記信号処理手段は、前記液体中の気泡の気泡弦長、気泡径、界面速度、気泡体積率のうち少なくとも2つを同時計測する。
Moreover, there may exist the following as preferable embodiment.
The optical fiber probe is composed of a plurality of optical fibers arranged close to each other, and the signal processing unit determines a contact state between the first end surface and the bubbles based on a measurement result of the amount of reflected light from the plurality of optical fibers, Bubbles in the liquid are measured.
The optical fiber probe is composed of two optical fibers arranged close to each other, and the two optical fibers are arranged back to back so that the inclined directions of the first end faces are opposite to each other, The signal processing means measures bubbles in the liquid when a pre-signal is detected by both of the amounts of light reflected from the two optical fibers.
The signal processing means simultaneously measures at least two of the bubble chord length, bubble diameter, interface speed, and bubble volume ratio of bubbles in the liquid.

本発明は上記構成を採用したことにより、光ファイバープローブを用いた気泡計測において、気泡弦長、気泡径、界面速度、気泡体積率等を正確に求めるために、プローブ先端と気泡との接触状態も併せて検出することができる。光ファイバープローブの先端(第1端面)は液体中にあるため、プローブ先端面と液体との屈折率の差が小さく、プローブ先端から液体中へ光が漏れ出す。気泡が接近すると、この漏れ出た光が気泡表面で反射して、プローブ先端と気泡との接触前の「プレシグナル」として観測される。このプレシグナルは、プローブ先端と気泡との接触状態(接触位置、接触角度)によって異なるので、このプレシグナルを観測することにより、プローブ先端と気泡との接触状態がわかる。プローブ先端と気泡との接触状態がわかれば、気泡中心がプローブ先端を通るように接触したかが判定可能であり、このときの反射光量の計測結果を用いれば、気泡弦長、気泡径、界面速度、気泡体積率等を正確に計測することができる。
さらに、光ファイバープローブとして近接配置された複数の光ファイバーを用いれば、各光ファイバーの先端面の傾斜方向は一方向のみでも、複数の光ファイバーの傾斜方向を異ならせることができ、複数の方向からの「プレシグナル」を検出することができる。これにより、より簡単に正確にプローブ先端と気泡との接触状態を検出することができる。
Since the present invention employs the above configuration, in the bubble measurement using the optical fiber probe, in order to accurately obtain the bubble chord length, bubble diameter, interface speed, bubble volume ratio, etc., the contact state between the probe tip and the bubble is also determined. It can also be detected. Since the tip (first end surface) of the optical fiber probe is in the liquid, the difference in refractive index between the probe tip surface and the liquid is small, and light leaks from the probe tip into the liquid. When the bubble approaches, the leaked light is reflected on the bubble surface and is observed as a “pre-signal” before the probe tip contacts the bubble. Since this pre-signal differs depending on the contact state (contact position, contact angle) between the probe tip and the bubble, the contact state between the probe tip and the bubble can be determined by observing this pre-signal. If the contact state between the probe tip and the bubble is known, it can be determined whether the bubble center is in contact with the probe tip. Using the measurement result of the amount of reflected light at this time, the bubble chord length, bubble diameter, interface Speed, bubble volume ratio, etc. can be accurately measured.
Furthermore, if a plurality of optical fibers arranged close to each other are used as optical fiber probes, the inclination directions of the plurality of optical fibers can be made different even if the tip direction of each optical fiber is only one direction. Signal "can be detected. Thereby, the contact state between the probe tip and the bubble can be detected more easily and accurately.

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
本実施形態で用いられる気泡検出用光ファイバープローブの気泡検出部(第1端面)は、図1に示すようにファイバー軸に垂直な方向に対して傾斜した端面を有する光ファイバーを背合わせに組み合わせて形成されている。また、該先端部の検出部間の距離は測定対象物である気泡径により変化させることが望ましい。同光ファイバーの後端、即ち光入出力部における端面(第2端面)は、ファイバー軸に対して垂直に形成されることが望ましい。気泡検出用光ファイバープローブの気泡検出部に光を供給する光源としてはレーザ光源を用いることが出来る。また、該検出部から反射される光量変化を計測する光量計測手段としては、反射光量を計測しうるものであれば適宜使用することができ、例えば、光電子増倍管、フォトトランジスタ等が使用される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
The bubble detection unit (first end surface) of the bubble detection optical fiber probe used in this embodiment is formed by combining optical fibers having end surfaces inclined with respect to a direction perpendicular to the fiber axis back to back as shown in FIG. Has been. Moreover, it is desirable to change the distance between the detection parts of the front-end | tip part with the bubble diameter which is a measuring object. The rear end of the optical fiber, that is, the end face (second end face) in the light input / output unit is preferably formed perpendicular to the fiber axis. A laser light source can be used as a light source for supplying light to the bubble detection portion of the bubble detection optical fiber probe. The light quantity measuring means for measuring the change in the quantity of light reflected from the detection unit can be appropriately used as long as it can measure the reflected light quantity. For example, a photomultiplier tube, a phototransistor, or the like is used. The

図1は、ファイバー軸に対して傾斜している端面を有する光ファイバーを、背合わせに組み合わせた二点光ファイバープローブであり、該光ファイバーのそれぞれの先端部を検出部とする気泡検出用光ファイバーの構造を示すものである。図1において上側がその上面図、下側がその側面図である。気泡検出用光ファイバー1の先端(第1端面)は、第1気泡検出用光ファイバー先端(気泡検出部)2と、200μm程度離れた位置の第2気泡検出用光ファイバー先端(気泡検出部)3とを組み合わせている。一方、気泡検出用光ファイバー1の後端(第2端面)、すなわち光入出力端面6は、二本の気泡検出用光ファイバーの両方とも光入出力端面6とファイバー軸の成す角度が90度となるように形成されている。本実施形態の気泡検出用光ファイバー1の径は230μm程度である。   FIG. 1 is a two-point optical fiber probe in which optical fibers having end faces inclined with respect to the fiber axis are combined back to back, and the structure of an optical fiber for detecting bubbles using each tip portion of the optical fiber as a detection unit. It is shown. In FIG. 1, the upper side is a top view and the lower side is a side view. The tip (first end face) of the bubble detection optical fiber 1 is composed of a first bubble detection optical fiber tip (bubble detection unit) 2 and a second bubble detection optical fiber tip (bubble detection unit) 3 at a position about 200 μm apart. Combined. On the other hand, the rear end (second end face) of the bubble detection optical fiber 1, that is, the light input / output end face 6, has an angle of 90 degrees between the light input / output end face 6 and the fiber axis in both of the two bubble detection optical fibers. It is formed as follows. The diameter of the optical fiber for bubble detection 1 of this embodiment is about 230 μm.

図6で、本実施形態の光学系を説明する。第1気泡検出用光ファイバーでは、光源8から発せられた光はビームスプリッター9を経て、レンズ10で集光され、気泡検出用光ファイバー1の後端6からその中に入射し、気泡検出部2に達する。気泡検出部2に達した光は端面で反射し、前記光ファイバー内を戻り、レンズ10を経て、ビームスプリッター9でその進行方向を変え、散乱光除去用の偏光子11を経て、光電子増倍管12に入り、その光量が計測される。第2気泡検出用光ファイバーでは気泡検出部3で気泡検出する以外は同様で、それぞれの出力信号を測定する。   The optical system of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the first bubble detection optical fiber, the light emitted from the light source 8 passes through the beam splitter 9, is collected by the lens 10, enters the bubble detection optical fiber 1 from the rear end 6 thereof, and enters the bubble detection unit 2. Reach. The light reaching the bubble detection unit 2 is reflected by the end face, returns through the optical fiber, passes through the lens 10, changes its traveling direction by the beam splitter 9, passes through the polarizer 11 for removing scattered light, and passes through the photomultiplier tube. 12 and the amount of light is measured. The second bubble detection optical fiber is the same except that the bubble detection unit 3 detects bubbles, and each output signal is measured.

計測した光量の信号処理系の一例を概略ブロック図で図7に示す。光電子増倍管12、出力アンプ及び高圧直流印加回路13、アンプ電源14、直流電圧15、光電子増倍管シールドケース16で構成される光量計測装置17と、A/D変換器18、パーソナルコンピュータ19で構成される演算装置20とで信号処理系は構成される。   An example of a signal processing system for the measured light quantity is shown in a schematic block diagram in FIG. A light quantity measuring device 17 comprising a photomultiplier tube 12, an output amplifier and high-voltage DC application circuit 13, an amplifier power supply 14, a DC voltage 15, and a photomultiplier tube shield case 16, an A / D converter 18, a personal computer 19 A signal processing system is constituted by the arithmetic unit 20 constituted by

本実施形態の光ファイバープローブは、気液二相流の主流方向に対して平行に設置して使用される。光ファイバープローブ内に入射された光は光ファイバープローブの気泡検出部に達し、該気泡検出部において反射し、本光ファイバー内を戻っていく。該気泡検出部が液体中にある場合、ファイバー内の光は液体中に放射されている。したがって、該気泡検出部において反射される光はほとんど無く、光電子増倍管で検出される光量はほとんど無い。光ファイバープローブ上流から進んできた気泡が第1気泡検出用光ファイバープローブの気泡検出部2である先端に接触すると、気体と液体の屈折率の差により該気泡検出部で反射される光量が増加し、第1気泡検出用光ファイバープローブ内を戻る光量が増加し、光電子増倍管で検出される光量が増加する。さらに、該気泡が第2気泡検出光ファイバープローブの気泡検出部3に接触すると、該気泡検出部で反射される光量が増加し、同光ファイバー内の反射光量が増加する。この後、該気泡界面が第1気泡検出用光ファイバー及び第2気泡検出用光ファイバーを通過し離脱することで液体に接触し、反射光量は減少し、同光ファイバー内を戻る光量が減少し、光電子増倍管で検出される光量は減少する。また、光電子増倍管で計測される反射光量変化パターンは、第1気泡検出用光ファイバーと第2気泡検出用光ファイバーの距離と測定対象物である気泡径に依存する。第1気泡検出用光ファイバーの気泡検出部2の先端と第2気泡検出用光ファイバーの気泡検出部3の先端との距離をLP、測定対象物である気泡径をDBとすると、LP>DBの場合の光量変化パターンを図2に、LP<DBの場合のそれを図3に示す。図から、気泡接触に伴う反射光量の変化に先立って、気泡表面からの反射光であるプレシグナルが観測されることがわかる。 The optical fiber probe of this embodiment is installed and used in parallel with the main flow direction of the gas-liquid two-phase flow. The light incident into the optical fiber probe reaches the bubble detection unit of the optical fiber probe, is reflected by the bubble detection unit, and returns through the optical fiber. When the bubble detection unit is in the liquid, the light in the fiber is emitted into the liquid. Therefore, almost no light is reflected by the bubble detector, and almost no light is detected by the photomultiplier tube. When the bubble that has advanced from the upstream of the optical fiber probe contacts the tip that is the bubble detection unit 2 of the first bubble detection optical fiber probe, the amount of light reflected by the bubble detection unit increases due to the difference in refractive index between the gas and the liquid, The amount of light returning inside the first bubble detection optical fiber probe increases, and the amount of light detected by the photomultiplier tube increases. Furthermore, when the bubble comes into contact with the bubble detection unit 3 of the second bubble detection optical fiber probe, the amount of light reflected by the bubble detection unit increases and the amount of reflected light in the optical fiber increases. Thereafter, the bubble interface passes through and leaves the first bubble detection optical fiber and the second bubble detection optical fiber to come into contact with the liquid, the amount of reflected light decreases, the amount of light returning inside the optical fiber decreases, and the photoelectron increases. The amount of light detected by the double tube decreases. The reflected light amount change pattern measured by the photomultiplier tube depends on the distance between the first bubble detection optical fiber and the second bubble detection optical fiber and the bubble diameter which is a measurement object. When the distance L P between the tip of the air-bubble detector 3 at the tip of the air-bubble detector 2 of the first bubble detection optical fiber and a second bubble detection optical fiber, the cell diameter that is the measuring object and D B, L P> the light amount change pattern for D B Figure 2 shows it in the case of L P <D B in FIG. From the figure, it can be seen that a pre-signal, which is reflected light from the bubble surface, is observed prior to a change in the amount of reflected light accompanying bubble contact.

プレシグナルの発生原理を図4に示す。光ファイバーの気泡検出部が液体中にある場合、反射光は液体中に放射されており、光ファイバープローブ上流から気泡が進んでくる際に、気泡検出部と気泡の接触位置の関係により、液体中に放出した光が気泡検出部に戻ってくる場合が存在する。この場合、気泡検出部と気泡とが接触する前にプレシグナルが発生する。従来の単一光ファイバープローブでは図4に示すように気泡の中心に接触しない場合でもプレシグナルが見られるが、本実施形態による二点光ファイバープローブでは、両方の出力信号にプレシグナルが見られる条件は、気泡の中心に接触した場合のみであり、接触位置の判別ができ、従来に比べより高精度な気泡計測が可能となる。該二点光ファイバーと気泡接触位置の関係を図5に示す。   The principle of pre-signal generation is shown in FIG. When the bubble detection part of the optical fiber is in the liquid, the reflected light is radiated in the liquid, and when the bubble advances from the upstream of the optical fiber probe, the relationship between the bubble detection part and the bubble contact position causes the liquid to enter the liquid. There is a case where the emitted light returns to the bubble detection unit. In this case, a pre-signal is generated before the bubble detection unit and the bubble contact. In the conventional single optical fiber probe, as shown in FIG. 4, a pre-signal is seen even when it does not contact the center of the bubble. This is only when the bubble is in contact with the center of the bubble, so that the contact position can be determined, and bubble measurement can be performed with higher accuracy than in the past. The relationship between the two-point optical fiber and the bubble contact position is shown in FIG.

上記反射光量変化及び第1気泡検出光ファイバーと第2気泡検出光ファイバーの接触開始時間差より気泡界面速度を算出することが出来る。したがって、第1気泡検出光ファイバーと第2気泡検出光ファイバーの距離の差をLP、第1気泡検出光ファイバー接触開始時間をt1、第2気泡検出光ファイバー接触開始時間をt2とすると、気泡界面速度UBは、

Figure 0005115927
となる。さらに、第1気泡検出光ファイバー接触終了時間をt3とすると、(t3-t1)間の気泡移動距離は気泡弦長LBに等しい。よって、
Figure 0005115927
となる。即ち、本光ファイバープローブで気泡の中心に接触した気泡のみの気泡界面速度、気泡並進速度及び気泡弦長を計測することができる。また、気泡体積率は光ファイバープローブ検出端面が気泡に覆われていた時間と全計測時間の比により求めることができる。上記の演算は、パーソナルコンピュータ等公知の演算手段を用いて演算させることができる。 The bubble interface velocity can be calculated from the reflected light amount change and the contact start time difference between the first bubble detection optical fiber and the second bubble detection optical fiber. Therefore, if the difference in the distance between the first bubble detection optical fiber and the second bubble detection optical fiber is L P , the first bubble detection optical fiber contact start time is t 1 , and the second bubble detection optical fiber contact start time is t 2 , the bubble interface velocity. U B
Figure 0005115927
It becomes. Furthermore, if the first bubble detection optical fiber contact end time is t 3 , the bubble moving distance between (t 3 -t 1 ) is equal to the bubble chord length L B. Therefore,
Figure 0005115927
It becomes. That is, it is possible to measure the bubble interface velocity, bubble translation speed, and bubble chord length of only the bubble that is in contact with the center of the bubble with this optical fiber probe. The bubble volume ratio can be obtained from the ratio of the time during which the detection end face of the optical fiber probe was covered with bubbles to the total measurement time. The above calculation can be performed using known calculation means such as a personal computer.

以上、本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において各種の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態ではプローブとして2本の光ファイバーを用いる例を示したが、1本の光ファイバーでも気泡検出部(第1端面)の形状を工夫すればプレシグナルにより気泡と気泡検出部との接触状態を検知することは可能である。
Although an example of the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims. Yes. For example, in the above-described embodiment, an example in which two optical fibers are used as a probe is shown. However, if the shape of the bubble detection unit (first end surface) is devised even with a single optical fiber, contact between the bubble and the bubble detection unit by pre-signaling It is possible to detect the state.

軸に垂直な方向に対して傾斜している端面を有する光ファイバーを背合わせに組み合わせた気泡検出用光ファイバーの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical fiber for bubble detection which combined the optical fiber which has an end surface inclined with respect to the direction perpendicular | vertical to an axis | shaft back to back. LP>DBの場合、気泡検出用光ファイバーで検出した反射光量変化の一例である。In the case of L P > D B , this is an example of a change in the amount of reflected light detected by the bubble detection optical fiber. LP<DBの場合、気泡検出用光ファイバーで検出した反射光量変化の一例である。In the case of L P <D B , this is an example of a change in the amount of reflected light detected by the bubble detection optical fiber. プレシグナルの発生条件の一例である。It is an example of pre-signal generation conditions. 二点光ファイバープローブによる気泡の接触位置と出力信号の関係の一例である。It is an example of the relationship between the contact position of the bubble by a two-point optical fiber probe, and an output signal. 気泡計測用光ファイバーに光源からの光を導入し、同光ファイバーで検出した光量を計測する実施例の概略図である。It is the schematic of the Example which introduces the light from a light source into the optical fiber for bubble measurement, and measures the light quantity detected with the same optical fiber. 気泡検出用光ファイバーで検出した光量の信号処理系の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the signal processing system of the light quantity detected with the optical fiber for bubble detection.

符号の説明Explanation of symbols

1:気泡検出用光ファイバープローブ
2:第1気泡検出用光ファイバーの気泡検出部(第1端面)
3:第2気泡検出用光ファイバーの気泡検出部(第1端面)
4:気泡検出用光ファイバーにおけるクラッド部
5:気泡検出用光ファイバーにおけるコア部
6:光入出力端面(第2端面)
8:光源
9:ビームスプリッター
10:レンズ
11:偏光子
12:光電子増倍管
13:出力アンプ及び高圧直流印加回路
14:アンプ電源
15:直流電圧
16:光電子増倍管シールドケース
17:光量計測装置
18:A/D変換器
19:パーソナルコンピュータ
20:演算装置
1: Bubble detecting optical fiber probe 2: Bubble detecting portion (first end face) of the first bubble detecting optical fiber
3: Bubble detection part (first end face) of the second bubble detection optical fiber
4: Clad portion in the optical fiber for detecting bubbles 5: Core portion in the optical fiber for detecting bubbles 6: Light input / output end face (second end face)
8: Light source 9: Beam splitter 10: Lens 11: Polarizer 12: Photomultiplier tube 13: Output amplifier and high-voltage DC application circuit 14: Amplifier power supply 15: DC voltage 16: Photomultiplier tube shield case 17: Light quantity measuring device 18: A / D converter 19: Personal computer 20: Arithmetic unit

Claims (5)

ファイバー軸に垂直な方向に対して少なくとも一部が傾斜している第1端面を有する光ファイバーからなり、前記第1端面が液体中に配置されている光ファイバープローブと、
前記光ファイバーの第1端面とは反対側の第2端面から光を供給する光供給手段と、
前記光供給手段により供給された光が前記第1端面で反射して前記第2端面に戻ってくる、反射光量を計測する反射光量計測手段と、
前記反射光量の計測結果に基づいて前記液体中の気泡を計測する信号処理手段と、を有する気泡計測装置であって、
前記信号処理手段は、前記第1端面が前記気泡に接触する前に発生する前記反射光量のプレシグナルに基づいて、前記第1端面と前記気泡との接触状態を判定する手段をさらに有する、
気泡計測装置。
An optical fiber probe comprising an optical fiber having a first end face inclined at least partially with respect to a direction perpendicular to the fiber axis, wherein the first end face is disposed in the liquid;
Light supply means for supplying light from the second end surface opposite to the first end surface of the optical fiber;
Reflected light quantity measuring means for measuring the reflected light quantity, wherein the light supplied by the light supply means is reflected by the first end face and returns to the second end face;
A signal processing means for measuring bubbles in the liquid based on the measurement result of the reflected light amount, and a bubble measuring device comprising:
The signal processing means further includes means for determining a contact state between the first end face and the bubble based on a pre-signal of the reflected light amount generated before the first end face comes into contact with the bubble.
Bubble measuring device.
前記光ファイバープローブは、近接配置された複数の光ファイバーからなり、
前記信号処理手段は、前記複数の光ファイバーからの反射光量の計測結果に基づき、前記第1端面と前記気泡との接触状態を判定し、前記液体中の気泡を計測する、
請求項1記載の気泡計測装置。
The optical fiber probe is composed of a plurality of optical fibers arranged close to each other,
The signal processing means determines a contact state between the first end surface and the bubbles based on a measurement result of the amount of reflected light from the plurality of optical fibers, and measures bubbles in the liquid.
The bubble measuring device according to claim 1.
前記光ファイバープローブは、近接配置された2本の光ファイバーからなり、
前記2本の光ファイバーは、それぞれの第1端面の傾斜している方向が互いに反対方向になるように背中合わせに配置されており、
前記信号処理手段は、前記2本の光ファイバーからの反射光量の両方でプレシグナルが検出された場合に、前記液体中の気泡を計測する、
請求項2記載の気泡計測装置。
The optical fiber probe consists of two optical fibers arranged close to each other,
The two optical fibers are arranged back to back such that the inclined directions of the respective first end faces are opposite to each other,
The signal processing means measures bubbles in the liquid when a pre-signal is detected by both reflected light amounts from the two optical fibers.
The bubble measuring device according to claim 2.
前記信号処理手段は、前記液体中の気泡の気泡弦長、気泡径、界面速度、気泡体積率のうち少なくとも2つを同時計測する、
請求項1乃至3いずれか記載の気泡計測装置。
The signal processing means simultaneously measures at least two of bubble chord length, bubble diameter, interface velocity, bubble volume ratio of bubbles in the liquid,
The bubble measuring device according to claim 1.
ファイバー軸に垂直な方向に対して少なくとも一部が傾斜している第1端面を有する光ファイバーからなり、前記第1端面が液体中に配置されている光ファイバープローブを用い、
前記光ファイバーの第1端面とは反対側の第2端面から光を供給する光供給工程と、
前記光供給工程により供給された光が前記第1端面で反射して前記第2端面に戻ってくる、反射光量を計測する反射光量計測工程と、
前記第1端面が前記気泡に接触する前に発生する前記反射光量のプレシグナルに基づいて、前記第1端面と前記気泡との接触状態を判定する接触状態判定工程と、
前記接触状態判定工程の判定結果と、前記反射光量の計測結果とに基づいて前記液体中の気泡を計測する気泡計測工程と、を有する
気泡計測方法。
Using an optical fiber probe comprising an optical fiber having a first end face that is at least partially inclined with respect to a direction perpendicular to the fiber axis, wherein the first end face is disposed in a liquid;
A light supplying step of supplying light from a second end surface opposite to the first end surface of the optical fiber;
A reflected light amount measuring step of measuring a reflected light amount, wherein the light supplied by the light supplying step is reflected by the first end surface and returns to the second end surface;
A contact state determination step of determining a contact state between the first end surface and the bubble based on a pre-signal of the reflected light amount generated before the first end surface contacts the bubble;
A bubble measurement method comprising: a bubble measurement step of measuring bubbles in the liquid based on a determination result of the contact state determination step and a measurement result of the amount of reflected light.
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