JPS6158764B2 - - Google Patents
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- JPS6158764B2 JPS6158764B2 JP57218775A JP21877582A JPS6158764B2 JP S6158764 B2 JPS6158764 B2 JP S6158764B2 JP 57218775 A JP57218775 A JP 57218775A JP 21877582 A JP21877582 A JP 21877582A JP S6158764 B2 JPS6158764 B2 JP S6158764B2
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- JP
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- karman vortex
- light
- further characterized
- light modulation
- modulation space
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3259—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations
- G01F1/3266—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations by sensing mechanical vibrations
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Description
【発明の詳細な説明】
(a) 発明の属する技術分野の説明
本発明は、流量計又は流速計に関し、特に、光
フアイバ素子を通過する光の機械的な変調装置を
利用したカルマン渦流量計又は流速計に関する。Detailed Description of the Invention (a) Description of the technical field to which the invention pertains The present invention relates to a flowmeter or a current meter, and in particular to a Karman vortex flowmeter using a mechanical modulation device for light passing through an optical fiber element. or related to current meters.
更に詳しくは、光の変調方法として、従来、単
結晶に電場をかけて備光面の回転を利用した電気
光学光変調方式あるいは圧電現象を利用して媒体
の屈折率を変化させる音響光学光変調方式が光通
信関係で実用化されているが、本発明は、力又は
変位等の機械的な入力で光フアイバの通過光量を
変調する純機械的な変調方式を使用した流速計ま
たは流量計に関するものである。 More specifically, conventional light modulation methods include electro-optic light modulation, which utilizes the rotation of the optical surface by applying an electric field to a single crystal, and acousto-optic light modulation, which changes the refractive index of the medium by utilizing piezoelectric phenomena. Although this method has been put into practical use in the field of optical communications, the present invention relates to a current meter or flow meter that uses a purely mechanical modulation method that modulates the amount of light passing through an optical fiber using a mechanical input such as force or displacement. It is something.
(b) 発明の背景の説明
第1図a,b,cは従来における光フアイバの
機械的な通過光量変調方法を示している。図にお
いて、1は入力光フアイバ、2は出力光フアイ
バ、3はシヤツタを夫々示す。(b) Description of the Background of the Invention Figures 1a, b, and c show a conventional method for mechanically modulating the amount of light passing through an optical fiber. In the figure, 1 is an input optical fiber, 2 is an output optical fiber, and 3 is a shutter.
第1図aはシヤツタ3の偏位Lを機械的に加減
し、出力光フアイバ2の通過光量を変調する方式
である。 FIG. 1a shows a system in which the deflection L of the shutter 3 is mechanically adjusted to modulate the amount of light passing through the output optical fiber 2.
第1図bは芯ずれ型の変調方法であり、芯ずれ
量Lを加減して光を変調する。 FIG. 1b shows a misalignment type modulation method, in which light is modulated by adjusting the misalignment amount L.
第1図cは角度ずれ型であり、角度θを加減し
て光を変調する。 FIG. 1c shows an angle shift type, in which the light is modulated by adjusting the angle θ.
その他の方法として、同軸上に端面を向き合わ
せた光フアイバの端面間距離を加減して光を変調
する方式、又は光フアイバの曲げによる損失の増
加を利用する方法等もあるが、これらの方法は一
般に感度が悪く、それ程利用されてはいない。 Other methods include modulating the light by adjusting the distance between the end faces of optical fibers whose end faces face each other on the same axis, or using the increase in loss due to bending of the optical fiber, but these methods generally has poor sensitivity and is not widely used.
第1図の入力、出力用光フアイバ1,2の代表
的寸法として、コア径100μm、コアよりも屈折
率の低いクラツドの径は150μm程度のものが多
い。コア、クラツドとして、石英を利用した無機
系のものと、アクリル樹脂等を利用した有機系の
もの、あるいは、コアに石英を利用し、クラツド
にシリコン樹脂を使用した無機、有機の組合せ型
が使用されている。また、コア内の屈折率が一定
なマルチモード・ステツプインデツクス型フアイ
バと、コアの中心ほど屈折率の大きくなつたマル
チモード・グレーテイツトインデツクス型フアイ
バとがある。これらの外に、コア径が数μmとい
うように極端に細くなつたシングルモード型フア
イバも存在する。 Typical dimensions of the input and output optical fibers 1 and 2 shown in FIG. 1 are that the core diameter is 100 μm, and the diameter of the cladding, which has a lower refractive index than the core, is often about 150 μm. For the core and cladding, there are inorganic types using quartz, organic types using acrylic resin, etc., or a combination of inorganic and organic types using quartz for the core and silicone resin for the cladding. has been done. There are also multimode step-index fibers in which the refractive index within the core is constant, and multimode gradient-index fibers in which the refractive index increases toward the center of the core. In addition to these, there are also single-mode fibers with extremely thin core diameters of several μm.
本発明に使用される機械的光変調装置において
は上記のどの型のフアイバでも使用できるが、最
後のシングルモード型フアイバは光コネクタの芯
合せが困難なために、実用上難点がある。 Although any of the above-mentioned types of fiber can be used in the mechanical light modulator used in the present invention, the last type of single-mode fiber has practical difficulties because it is difficult to align the optical connector.
クラツドを含めた光フアイバの外径は150μm
程度であるので、第1図のような変調方式を構成
する場合の光フアイバの芯合せが難しい。うまく
合つたにしても、その状態を保持するのが同様に
難しい。光フアイバの端面へのごみの付着に対し
ても弱い。端面への結露等でも障害が起きる。
又、水、その他の液体中で使用しようとすると、
水あかの発生、気泡の端面への付着等により短時
間で障害を受けてしまうのが実状である。 The outer diameter of the optical fiber including the cladding is 150μm.
Therefore, it is difficult to align the optical fibers when configuring the modulation method as shown in FIG. Even if it fits well, it is equally difficult to maintain it. It is also vulnerable to dust adhering to the end face of the optical fiber. Trouble can also occur due to condensation on the end face.
Also, if you try to use it in water or other liquids,
The reality is that problems occur in a short period of time due to water scale formation, air bubbles adhering to the end surface, etc.
結局のところ、第1図a,b,cに示すような
従来の方式は研究室等の好環境下で短時間だけ使
用できるに過ぎない。 After all, conventional methods such as those shown in FIGS. 1a, b, and c can only be used for short periods of time in favorable environments such as laboratories.
本発明者は先行技術に内在する上記欠点を解消
せんとして鋭意研究、検討した結果、弾性体の細
孔内に第1及び第2の光フアイバを挿入し、該第
1及び第2の光フアイバの両端面間を一定距離だ
け離隔して光フアイバが存しない光変調空間を構
成し、該光変調空間の弾性的曲げにより通過光量
を変調することを特徴とした機械的光変調装置を
発明し、しかして、芯合せ等の厄介な操作を必要
とすることがなく、しかも悪環境下でも経年的に
劣化することのない、信頼性の高い新規な機械的
光変調装置を開発した。この光変調装置は本出願
と共願の特願昭55−154814号明細書に記載された
発明である。 As a result of intensive research and consideration in an attempt to eliminate the above-mentioned drawbacks inherent in the prior art, the present inventor inserted first and second optical fibers into the pores of an elastic body, and A mechanical light modulation device is invented, which is characterized in that a light modulation space in which no optical fiber exists is formed by separating both end faces of the light modulation space by a certain distance, and that the amount of light passing through the light modulation space is modulated by elastic bending of the light modulation space. Therefore, we have developed a new highly reliable mechanical light modulation device that does not require troublesome operations such as alignment, and does not deteriorate over time even under adverse environments. This light modulation device is an invention described in Japanese Patent Application No. 154814/1983, co-filed with the present application.
次に本発明の基礎となる上記機械的光変調装置
について図面を参照しながら具体的に説明しよ
う。 Next, the above-mentioned mechanical light modulation device, which is the basis of the present invention, will be explained in detail with reference to the drawings.
第2図は上記機械的光変調装置の原理的構成図
である。図において、参照番号11は入力光フア
イバ、12は出力光フアイバ、14は光フアイバ
11,12が通る毛細管を夫々示している。入出
力光フアイバ11,12の端面15,16間には
光フアイバが存在しない。後述されるように、光
は端面15,16間の空間で変調されるので、以
下この空間を変調空間と定義する。毛細管14は
金属またはプラスチツク材料等により形成され
る。入出力光フアイバ11,12はコアにクラツ
ドがなされているが、第2図ではクラツドは省略
されている。 FIG. 2 is a diagram showing the basic configuration of the mechanical light modulation device. In the figure, reference numeral 11 indicates an input optical fiber, 12 indicates an output optical fiber, and 14 indicates a capillary tube through which the optical fibers 11 and 12 pass. No optical fiber exists between the end faces 15 and 16 of the input and output optical fibers 11 and 12. As will be described later, since light is modulated in the space between the end faces 15 and 16, this space will hereinafter be defined as a modulation space. The capillary tube 14 is made of metal or plastic material or the like. The input/output optical fibers 11 and 12 have a cladding on the core, but the cladding is omitted in FIG. 2.
今、ここで、入力光フアイバ11を固定し、出
力光フアイバ12を第2図の破線にて示すように
角度θだけ曲げると、変調空間が破線のように曲
り、出力フアイバ12の通過光量が減少する。 Now, if the input optical fiber 11 is fixed and the output optical fiber 12 is bent by an angle θ as shown by the broken line in FIG. 2, the modulation space will be bent as shown by the broken line and the amount of light passing through the output fiber 12 will be Decrease.
出力光フアイバ12の振れ角θを角周波数ωで
θ=θmsinωtで振動させた場合を第3図aに
示している。この場合の通過光量を第3図bに示
す。 FIG. 3a shows a case where the deflection angle θ of the output optical fiber 12 is vibrated at an angular frequency ω and θ=θmsinωt. The amount of transmitted light in this case is shown in FIG. 3b.
第3図bにおいて、曲線Aは毛細管14の内壁
を粗面化するか又は黒色塗料を塗つて黒化した場
合を示している。入出力フアイバ11,12が第
2図のように一直線上にある場合に限り光が通過
する。わずかの振れ角があると、光は毛細管内壁
で吸収されてしまい、出力光量がゼロになつてし
まうので、曲線Aのようにシヤープなパルス状出
力になる。第3図bの曲線Bは毛細管14の内壁
の黒化度を落した場合を示している。この場合に
は、内壁で反射した光の一部が出力光フアイバ1
2に入るので、出力光量が増加している。曲線C
は毛細管14の内壁をほぼ鏡面にした場合を示
す。この場合には、通過光量が更に増加するが、
毛細管内壁での光の吸収が殆んどないために、光
はロスなしに通過し、曲線C中の交流成分が小さ
くなつてしまう。後述するように、本発明におい
てはこの交流成分を利用するので、曲線Cは好ま
しくない。従つて出力波形中の交流分を大きくす
るような適度の黒化度が必要である。 In FIG. 3b, curve A shows the case where the inner wall of the capillary tube 14 is roughened or blackened by applying black paint. Light passes only when the input and output fibers 11 and 12 are in a straight line as shown in FIG. If there is a slight deflection angle, the light will be absorbed by the inner wall of the capillary tube, and the amount of output light will become zero, resulting in a sharp pulse-like output as shown by curve A. Curve B in FIG. 3b shows the case where the degree of blackening of the inner wall of the capillary tube 14 is reduced. In this case, some of the light reflected by the inner wall is transferred to the output optical fiber 1.
2, the output light amount is increasing. curve C
1 shows a case where the inner wall of the capillary tube 14 has a substantially mirror surface. In this case, the amount of light passing through increases further;
Since there is almost no absorption of light on the inner wall of the capillary, the light passes through without loss, and the alternating current component in curve C becomes small. As will be described later, the present invention utilizes this alternating current component, so curve C is not preferable. Therefore, an appropriate degree of blackening is required to increase the alternating current component in the output waveform.
第3図bから明らかなように、機械的角周波数
はωであるが、出力光量中の交流分の基本波の角
周波数は2ωになる。このような振れ角変調器で
実用上重要な点は、通過光量中の交流分が大きい
こと、微小な振れ角で光量が急変することの二点
である。 As is clear from FIG. 3b, the mechanical angular frequency is ω, but the angular frequency of the fundamental wave of the AC component in the output light amount is 2ω. The two points that are practically important in such a deflection angle modulator are that the amount of alternating current in the amount of passing light is large, and that the amount of light changes suddenly at a small deflection angle.
一般にマルチモード・ステツプインデツクス型
フアイバを白色光源で使用すると、第2図の端面
15から射出される光は頂角約20゜で変調空間内
をコーン状に広がつてしまう。そのために、出力
フアイバが入力フアイバと一直線上にあつても、
出力フアイバの端面16に入る光はわずかなもの
になり、大部分は毛細管14の内壁で吸収されて
しまう。コーン状の光の広がりを少なくするに
は、入力フアイバの端面15に隣接して微小な集
光レンズを置くのは有効である。出力フアイバの
端面16の直前にレンズを配置するのも亦有効で
ある。レンズと等価的な作用をするロツドレンズ
を配置するのも有効である。入出力光フアイバの
両端面間に、コアと屈折率のマツチした透明な固
体又は液体を満すのも亦効果的である。このよう
な媒体は整合剤と呼ばれる。光の広がりを防止す
ると共に端面でのフレネル反射損を減少させる。 Generally, when a multimode step-index fiber is used as a white light source, the light emitted from the end face 15 in FIG. 2 spreads out in a cone shape in the modulation space with an apex angle of about 20 degrees. Therefore, even if the output fiber is in line with the input fiber,
Only a small amount of light enters the end face 16 of the output fiber, and most of it is absorbed by the inner wall of the capillary tube 14. In order to reduce the spread of cone-shaped light, it is effective to place a minute condensing lens adjacent to the end face 15 of the input fiber. It is also advantageous to place a lens just in front of the end face 16 of the output fiber. It is also effective to arrange a rod lens that functions equivalently to the lens. It is also effective to fill the space between both end faces of the input/output optical fiber with a transparent solid or liquid whose refractive index matches that of the core. Such a medium is called a matching agent. Prevents light spreading and reduces Fresnel reflection loss at the end face.
第2図の破線17に示すように、変調空間の毛
細管を紙面に垂直な平面により押しつぶして、光
路をせばめると、わずかの振れ角の変化で光量が
急変し、出力波形がパルス状になり、後続の波形
整形が有利になる。参照番号17のように押しつ
ぶすと、曲げ角θにより毛細管の表面に発生する
応力が減少し、振動による毛細管の疲労破損の点
でも有利になる。押しつぶす代りに、変調空間を
引き伸して変調空間の円形断面積を小さくしても
同様な効果がある。 As shown by the broken line 17 in Fig. 2, when the capillary tube in the modulation space is crushed by a plane perpendicular to the plane of the paper to narrow the optical path, the amount of light changes suddenly with a slight change in the deflection angle, and the output waveform becomes pulse-like. , subsequent waveform shaping becomes advantageous. Crushing as shown in reference numeral 17 reduces the stress generated on the surface of the capillary tube due to the bending angle θ, and is also advantageous in terms of fatigue failure of the capillary tube due to vibration. Instead of squishing, the same effect can be obtained by stretching the modulation space and reducing the circular cross-sectional area of the modulation space.
第2図の出力光フアイバの端面16に反射鏡を
置けば、入力光フアイバ11からの光が再び入力
光フアイバ11に戻る。この戻りの光はやはり振
れ角θで変調される。戻り光は入射光から簡単に
分離できるので、この反射方式では、出力光フア
イバ12は不要となり、入力光フアイバが出力光
フアイバを兼用し、一本のフアイバですむことに
なる。 If a reflecting mirror is placed on the end face 16 of the output optical fiber in FIG. 2, the light from the input optical fiber 11 returns to the input optical fiber 11 again. This returning light is also modulated by the deflection angle θ. Since the returned light can be easily separated from the incident light, this reflection method eliminates the need for the output optical fiber 12, the input optical fiber also serves as the output optical fiber, and only one fiber is required.
上記説明で明らかなように、光フアイバを毛細
管中に通すことにより、その毛細管によつて入出
力光フアイバの芯が自動的に一致してしまうの
で、従来における如きわずらわしい芯合せの操作
が必要ない。一旦毛細管中に挿入された光フアイ
バの芯及び端面は毛細管14に保護されるから、
経年的に劣化することがない。即ち、変調空間は
毛細管14により保護されているので、ごみ又は
結露等により劣化することがなく、悪環境下でも
高い信頼性を維持することができる。また、毛細
管14の材質の選択により、腐蝕性の気体、液体
中でも十分な信頼性を持つて動作するので、その
実用上の効果が大きい。更にまた、変調空間の領
域内における毛細管をつぶして光路をせばめるこ
とにより、わずかな振れ角の変化により光変調が
可能な点も実用上極めて有利な効果がある。 As is clear from the above explanation, by passing the optical fiber through the capillary tube, the cores of the input and output optical fibers are automatically aligned by the capillary tube, so there is no need for the troublesome alignment operation as in the past. . Once inserted into the capillary tube, the core and end face of the optical fiber are protected by the capillary tube 14.
It will not deteriorate over time. That is, since the modulation space is protected by the capillary tube 14, it will not deteriorate due to dust or condensation, and high reliability can be maintained even under adverse environments. Further, by selecting the material of the capillary tube 14, it can operate with sufficient reliability even in corrosive gases and liquids, which has great practical effects. Furthermore, by collapsing the capillary tubes in the modulation space and narrowing the optical path, light modulation can be achieved with a slight change in the deflection angle, which is extremely advantageous in practice.
第2図は本発明に使用される機械的光変調装置
の最も簡単な一例であるが、振れ角θを大きくと
り、光スイツチの作用を持たせれば、複数個の変
調空間を直列、並列に接続することによつて、
OR回路、AND回路、その他の論理回路が構成で
きるので、複数個の機械的入力に応答する複雑な
論理回路が実現できる。このような光スイツチで
は、あらかじめ変調空間を曲げて、光を遮断状態
にしておき、機械的入力で入出力光フアイバを一
直線上になるようにして光を通過させる方式(常
閉接点)と、これの逆である機械的入力で変調空
間を曲げる方式(常開接点)とがある。 Figure 2 shows the simplest example of the mechanical light modulation device used in the present invention, but if the deflection angle θ is set large and the function of an optical switch is provided, multiple modulation spaces can be connected in series or parallel. By connecting
Since OR circuits, AND circuits, and other logic circuits can be configured, complex logic circuits that respond to multiple mechanical inputs can be realized. In such optical switches, the modulation space is bent in advance to block the light, and then the input and output optical fibers are aligned in a straight line using mechanical input to allow the light to pass (normally closed contact). There is a method (normally open contact) that bends the modulation space using mechanical input, which is the opposite of this.
以上説明した構成例においては、説明の便宜
上、毛細管を使用したが、毛細管は不可欠のもの
ではない。例えば、細孔をうがつた弾性体内に入
出力光フアイバを対向させて変調空間を構成し、
弾性体を曲げれば、毛細管と同じように、光が変
調されることは明らかである。 In the configuration example described above, a capillary tube is used for convenience of explanation, but the capillary tube is not essential. For example, a modulation space is constructed by arranging input and output optical fibers to face each other in an elastic body with pores perforated.
It is clear that when an elastic body is bent, light is modulated in the same way as a capillary tube.
尚、第2図において、出力光フアイバ12の端
面16を出力光フアイバ12の中心軸に対して斜
めにカツトしておくと、振れ角θ=θmsinωt
で振動させた場合の出力光の交流分の基本角周波
数を2ωではなく、ωにすることもできる。 In FIG. 2, if the end face 16 of the output optical fiber 12 is cut obliquely with respect to the central axis of the output optical fiber 12, the deflection angle θ=θmsinωt
The fundamental angular frequency of the alternating current component of the output light when vibrated at 2ω can also be set to ω instead of 2ω.
さて、カルマン渦を利用した従来のこの種装置
として、カルマン渦を熱的に検出するもの、差圧
として検出するもの、超音波で検出するもの、渦
による尾翼振動を磁気的に検出するもの、カルマ
ン渦発生の反作用として渦発生体に作用する交番
力を圧電素子又はストレンゲージで測定するもの
等がある。これらの方式はそれぞれ一長一短があ
るが、共通的な欠点として次の(1)〜(4)があげられ
る。 Now, as conventional devices of this type that utilize Karman vortices, there are those that detect Karman vortices thermally, those that detect them as differential pressure, those that detect them using ultrasonic waves, and those that magnetically detect tail vibration caused by vortices. There are methods that measure the alternating force that acts on the vortex generator as a reaction to the Karman vortex generation using a piezoelectric element or a strain gauge. Each of these methods has its advantages and disadvantages, but the following (1) to (4) are common disadvantages.
(1) 概して複雑であると共に、高価である。(1) Generally complex and expensive.
(2) 電気的方式を使つているために、爆発に対す
る安全性に問題がある。(2) Because it uses an electrical method, there is a problem with explosion safety.
(3) 上記(2)と同じ理由で、電磁気的な誘導に弱
い。(3) For the same reason as (2) above, it is vulnerable to electromagnetic induction.
(4) 小口径の流量測定が苦手であり、内径約50mm
程度が最小である。(4) It is difficult to measure the flow rate of small diameters, and the inner diameter is approximately 50mm.
The degree is minimal.
(c) 発明の目的の説明
本発明は先行技術の上記事情に着目し、この種
の技術に内在する上記諸欠点を解消する為になさ
れたものであり、従つて本発明の目的は、モール
ドにより一体成形を可能とし、極めて廉価に構成
することができると共に、爆発に対して本質的に
安全であり、しかも電磁気的誘導を除去された新
規な流量計又は流速計を提供することにある。(c) Description of the purpose of the invention The present invention has been made in order to solve the above-mentioned drawbacks inherent in this type of technology by paying attention to the above-mentioned circumstances of the prior art. The object of the present invention is to provide a new flow meter or current meter which can be integrally molded, can be constructed at an extremely low cost, is essentially safe against explosions, and is free from electromagnetic induction.
(d) 発明の構成
上記目的を達成する為に、本発明に係るカルマ
ン渦流量計は、流体の流れに直角に配置されたカ
ルマン渦発生体と、該カルマン渦発生体の下流側
に取付けられた振動尾翼とを具備し、前記渦発生
体と振動尾翼の接続部または前記尾翼内に、弾性
体の細孔内に第1及び第2の光フアイバを挿入し
該第1及び第2の光フアイバの両端面間を一定距
離だけ離隔して光フアイバが存在しない光変調空
間を形成した光変調装置を設けて構成され、前記
尾翼の振動により前記変調空間を弾性的に変形さ
せて前記光フアイバ間の通過光量を変調すること
を特徴としている。(d) Structure of the Invention In order to achieve the above object, the Karman vortex flowmeter according to the present invention comprises a Karman vortex generator disposed perpendicularly to the flow of fluid, and a Karman vortex generator installed downstream of the Karman vortex generator. a vibrating tail fin, and inserting first and second optical fibers into the pores of the elastic body at the connection portion between the vortex generator and the oscillating tail fin or into the tail fin; The optical modulator is configured by providing a light modulation device that forms a light modulation space in which no optical fiber exists by separating both end faces of the fiber by a certain distance, and elastically deforms the modulation space by vibration of the tail wing to modulate the optical fiber. It is characterized by modulating the amount of light passing between the two.
(e) 発明の実施例の説明
次に本発明をその好ましい一実施例について図
面を参照しながら具体的に説明する。(e) Description of Embodiments of the Invention Next, a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
第4図は第2図に示した機械的光変調装置をカ
ルマン渦流量計に適用した本発明の一実施例を示
す断面図である。第5図は第4図の右側パイプを
外した場合の側面図、第6図は第4図の6−6線
に沿つて切断し矢印の方向に見た断面図、第7図
は光変調部分の拡大断面図である。 FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the present invention in which the mechanical light modulation device shown in FIG. 2 is applied to a Karman vortex flow meter. Figure 5 is a side view when the right pipe in Figure 4 is removed, Figure 6 is a sectional view taken along line 6-6 in Figure 4 and seen in the direction of the arrow, and Figure 7 is light modulation. It is an enlarged sectional view of a part.
第4図〜第7図において、参照番号30はパイ
プを示し、このパイプ30内を流体が矢印31の
方向に流れる。パイプ30の端部に形成されたフ
ランジ32によりリング状ガスケツト33をはさ
み、ボルト34で固定している。リング状ガスケ
ツト33の内径はパイプ30の内径に等しくなつ
ている。流体の流れに対して直角に且つ直径方向
にカルマン渦発生体35が挿着されている。渦発
生体35の両端は接続体36により前記リング状
ガスケツト33に固着されている。カルマン渦発
生体35は、第6図に示されるように、断面が台
形状に形成され、あるレイノルズ数の範囲内で規
則的なカルマン渦列37を発生する。 4 to 7, reference numeral 30 indicates a pipe through which fluid flows in the direction of arrow 31. In FIGS. A ring-shaped gasket 33 is sandwiched between a flange 32 formed at the end of the pipe 30 and fixed with bolts 34. The inner diameter of the ring-shaped gasket 33 is equal to the inner diameter of the pipe 30. A Karman vortex generator 35 is inserted perpendicularly to the fluid flow and diametrically. Both ends of the vortex generator 35 are fixed to the ring-shaped gasket 33 by connecting bodies 36. As shown in FIG. 6, the Karman vortex generator 35 has a trapezoidal cross section and generates a regular Karman vortex street 37 within a certain Reynolds number range.
ここで、渦列37の発生周波数を、パイプ3
0内の流体の平均流速をv、渦発生体35の幅を
Dとすると、周波数は、
=St・v/D ………(1)
で表わされる。但し、Stはストローハル数と呼ば
れる無次元量であつて、約0.18の値を持つ定数で
ある。周波数と平均流速vは正比例関係にある
ので、周波数を測定することにより、平均流速
v、すなわち、流体の流量を知ることができる。 Here, the generation frequency of the vortex row 37 is determined from the pipe 3
When the average flow velocity of the fluid in 0 is v and the width of the vortex generator 35 is D, the frequency is expressed as follows: =St·v/D (1). However, St is a dimensionless quantity called the Strouhal number, and is a constant having a value of approximately 0.18. Since the frequency and the average flow velocity v are in a directly proportional relationship, by measuring the frequency, the average flow velocity v, that is, the flow rate of the fluid can be determined.
また、逆に、流体の流量又は流れの速度を変化
させることにより、周波数、すなわち、変調周
波数が変化するから、本発明になるカルマン流量
計はそのまま光変調装置として使用し得ることは
明白である。 Conversely, since the frequency, that is, the modulation frequency, changes by changing the flow rate or velocity of the fluid, it is clear that the Karman flowmeter of the present invention can be used as it is as an optical modulation device. .
カルマン渦発生体35の下流側には、尾翼38
が取付けられている。尾翼38と渦発生体35の
接続部にはくびれ部39が形成されている。カル
マン渦の発生周波数に応じた周波数で尾翼38は
矢印40のように振動する。窓41があるため
に、尾翼38の振動は更に容易になる。 On the downstream side of the Karman vortex generator 35, a tail 38 is provided.
is installed. A constriction 39 is formed at the connection between the tail 38 and the vortex generator 35. The tail 38 vibrates as indicated by an arrow 40 at a frequency corresponding to the frequency at which the Karman vortex is generated. The presence of the window 41 further facilitates the vibration of the tail fin 38.
入力光フアイバ11は光コネクタ(図示せず)
を経由して渦発生体35内を破線にて示すように
通されている。入力光フアイバ11から入力され
た入力光はくびれ部39で変調を受けて出力光フ
アイバ12から外部へ取出される。 The input optical fiber 11 is an optical connector (not shown)
It passes through the inside of the vortex generator 35 as shown by the broken line. The input light inputted from the input optical fiber 11 is modulated at the constricted portion 39 and is extracted from the output optical fiber 12 to the outside.
第7図はくびれ部39の拡大断面図である。渦
発生体35と尾翼38間のくびれ部39内を毛細
管14が通されている。入力光フアイバ11と出
力光フアイバ12が毛細管14内を通され、それ
らの端面間に変調空間42を構成している。尾翼
38の振動による変調空間42の曲り(弾性変
形)のために、通過光量が変調される。 FIG. 7 is an enlarged sectional view of the constricted portion 39. A capillary tube 14 is passed through a constriction 39 between the vortex generator 35 and the tail 38 . The input optical fiber 11 and the output optical fiber 12 are passed through the capillary tube 14 and define a modulation space 42 between their end faces. Due to the bending (elastic deformation) of the modulation space 42 due to the vibration of the tail 38, the amount of passing light is modulated.
渦発生体35、尾翼38等の材質は被測定流体
で決まることになるが、金属よりもプラスチツク
の方が望ましい。第4図〜第6図から明らかなよ
うに渦発生体35及び尾翼38はパイプ30の中
心軸に対して軸対称になつているので、プラスチ
ツク材料で一体成形するのが容易である。プラス
チツク材料として、ポリアセタール樹脂、ポリプ
ロピレン樹脂又は弗素樹脂等が適度の弾性係数、
耐蝕性の点で有利である。ゴム等のエラストマも
適している。ただし、渦発生体が振動するのは好
ましくないので、その場合には振動防止用リブを
挿入する必要がある。 The materials of the vortex generator 35, tail fin 38, etc. will be determined by the fluid to be measured, but plastic is more preferable than metal. As is clear from FIGS. 4 to 6, the vortex generator 35 and the tail fin 38 are axially symmetrical with respect to the central axis of the pipe 30, so that it is easy to integrally mold them from a plastic material. As a plastic material, polyacetal resin, polypropylene resin, fluororesin, etc. have an appropriate elastic modulus,
It is advantageous in terms of corrosion resistance. Elastomers such as rubber are also suitable. However, it is undesirable for the vortex generator to vibrate, so in that case it is necessary to insert vibration-preventing ribs.
第7図の毛細管14は不可欠ではないが、金属
毛細管にあらかじめ光フアイバを通しておいた方
がモールド作業が容易である。 Although the capillary tube 14 shown in FIG. 7 is not essential, it is easier to mold the metal capillary tube by passing an optical fiber through it in advance.
第4図〜第6図はパイプ内の流速測定例を示し
ているが、変形として、渦発生体を棒状に長く形
成し、その先端に尾翼を取付ければ、大気中の風
速の測定もできる。また、長い渦発生体に複数個
の尾翼を取付ければ、流速分布の測定も可能であ
り、水路等の流速分布の測定に便利である。 Figures 4 to 6 show examples of measuring the flow velocity in a pipe, but as a modification, the wind velocity in the atmosphere can also be measured by forming a long vortex generator into a rod shape and attaching a tail to its tip. . Furthermore, by attaching a plurality of tail blades to a long vortex generating body, it is possible to measure the flow velocity distribution, which is convenient for measuring the flow velocity distribution in waterways and the like.
カルマン渦発生体35の断面形状は、本実施例
においては、第6図に見られるように、台形型に
形成されているが、台形型に限らず、円形、三角
形等種々の形状を採り得るものであり、要は広い
レイノルズ数範囲でカルマン渦を安定に発生する
ものであれば良い。 In this embodiment, the cross-sectional shape of the Karman vortex generator 35 is formed into a trapezoidal shape as shown in FIG. In short, any material that stably generates Karman vortices over a wide range of Reynolds numbers is sufficient.
また、第4図〜第7図のくびれ部39、窓41
は不可欠のものではなく、これらは設けなくても
よい。測定範囲を広げようとすると、必然的に尾
翼38、くびれ部39が弱くなる。生産工程中又
は過大入力時の破損を防止するために、尾翼38
の振動振幅を制限するストツパを必要に応じて設
置することは実用上有用である。前記説明ではこ
のストツパは省略されている。 In addition, the constriction 39 and the window 41 in FIGS. 4 to 7
are not essential and may not be provided. When trying to widen the measurement range, the tail fin 38 and constriction 39 inevitably become weaker. To prevent damage during the production process or during excessive input, the tail 38
It is practically useful to install a stopper to limit the vibration amplitude as necessary. This stopper has been omitted in the above description.
前記した本実施例では、くびれ部39により光
を変調したが、代りに、尾翼全体を柔らかく形成
して曲がりやすくすれば、光変調部を尾翼内で構
成しても良いことは明らかである。 In the present embodiment described above, the light is modulated by the constricted portion 39, but it is clear that the light modulating portion may be formed within the tail fin instead by forming the entire tail fin to be soft and bendable.
また、光フアイバ、毛細管は断面形状を円形と
したが、必ずしも円形である必要はなく、だ円
形、正方形等でも作用、効果に大差はない。形の
方が入手が容易であるだけの差にすぎない。 Further, although the cross-sectional shape of the optical fiber and capillary tube is circular, it is not necessarily circular, and oval, square, etc. can be used without much difference in function and effect. The only difference is that the shape is easier to obtain.
(f) 発明の効果の説明
本発明によるカルマン渦流量計は、以上説明し
たように構成され、前記した従来の欠点を全て解
決している。即ち、モールドにより一体成形が可
能であるために、極めて廉価に構成することがで
きる。更に、光方式を使つているために、爆発に
対しては本質的に安全であり、電磁気的な誘導が
ない。また、パイプ内径10mm位までは十分に実用
化でき、パイプ内径の下限を制限する因子が少い
等の特長を有し、実用上の効果が大きい。(f) Description of Effects of the Invention The Karman vortex flowmeter according to the present invention is constructed as described above and solves all of the above-described drawbacks of the conventional flowmeter. That is, since it can be integrally formed by molding, it can be constructed at an extremely low cost. Furthermore, because it uses optical methods, it is inherently safe against explosions and has no electromagnetic induction. In addition, it can be fully put into practical use for pipes with inner diameters up to about 10 mm, and has the advantage that there are few factors that limit the lower limit of pipe inner diameters, so it has great practical effects.
以上本発明をその良好な実施例について説明し
たが、それは単なる例示的なものであり、制限的
意味を有するものでないことは勿論である。従つ
て、本発明の精神から逸脱することなく、本発明
は前記した以外にも種々の変更を加えて実施し得
るが、それらの変形、変更はすべて本願発明の範
囲内に包含されるものである。 Although the present invention has been described above with reference to its preferred embodiments, it goes without saying that these are merely illustrative and do not have a limiting meaning. Therefore, without departing from the spirit of the present invention, the present invention may be implemented with various modifications other than those described above, but all such modifications and changes are included within the scope of the present invention. be.
第1図a,b,cは従来における機械的な光の
変調方法の原理説明図、第2図は本発明に使用さ
れる機械的光変調装置の原理説明図、第3図a,
bは第2図に示した光変調装置の動作を説明する
為の図、第4図は本発明に係るカルマン渦流量計
の一実施例を示す断面図、第5図は第4図の右側
パイプを除去して示す側面図、第6図は第4図の
6−6線に沿つて切断し矢印の方向に見た断面
図、第7図は光変調部分の拡大断面図である。
1,11……入力光フアイバ、2,12……出
力光フアイバ、3……シヤツタ、14……毛細
管、15,16……光フアイバの端面、30……
パイプ、32……フランジ、33……リング状ガ
スケツト、34……ボルト、35……カルマン渦
発生体、36……接続体、37……カルマン渦、
38……尾翼、39……くびれ部、41……窓、
42……変調空間。
Figures 1a, b, and c are diagrams explaining the principle of a conventional mechanical light modulation method; Figure 2 is a diagram explaining the principle of a mechanical light modulation device used in the present invention; Figures 3a,
b is a diagram for explaining the operation of the optical modulation device shown in FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the Karman vortex flowmeter according to the present invention, and FIG. 5 is a diagram on the right side of FIG. 4. 6 is a sectional view taken along the line 6--6 of FIG. 4 and viewed in the direction of the arrow, and FIG. 7 is an enlarged sectional view of the light modulation portion. 1, 11... Input optical fiber, 2, 12... Output optical fiber, 3... Shutter, 14... Capillary tube, 15, 16... End face of optical fiber, 30...
Pipe, 32... flange, 33... ring-shaped gasket, 34... bolt, 35... Karman vortex generator, 36... connection body, 37... Karman vortex,
38... tail, 39... waist, 41... window,
42...Modulation space.
Claims (1)
生体と、該カルマン渦発生体の下流側に取付けら
れた振動尾翼とを具備し、前記渦発生体と振動尾
翼の接続部または前記尾翼内に、弾性体の細孔内
に第1及び第2の光フアイバを挿入し該第1及び
第2の光フアイバの両端面間を一定距離だけ離隔
して光フアイバが存しない光変調空間を形成した
光変調装置を設け、前記尾翼の振動により前記変
調空間を弾性的に変形させて前記光フアイバ間の
通過光量を変調することを特徴としたカルマン渦
流量計。 2 前記弾性体として金属またはプラスチツク材
料により形成された毛細管を使用したことを更に
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のカルマン
渦流量計。 3 前記光変調空間内に屈折率が前記光フアイバ
のコアの屈折率に一致した透明な液体または固体
を封入したことを更に特徴とする特許請求の範囲
第1項または第2項記載のカルマン渦流量計。 4 前記光変調空間内にレンズまたはロツドレン
ズを挿着したことを更に特徴とする特許請求の範
囲第1項または第2項記載のカルマン渦流量計。 5 前記光変調空間を押しつぶして光の通路をせ
ばめたことを更に特徴とする特許請求の範囲第1
項または第2項記載のカルマン渦流量計。 6 前記光変調空間を引伸ばして光の通路の円形
断面積をせばめたことを更に特徴とする特許請求
の範囲第1項または第2項記載のカルマン渦流量
計。 7 前記光変調空間の一端に反射鏡を挿着したこ
とを更に特徴とする特許請求の範囲第1項または
第2項記載のカルマン渦流量計。 8 前記第2の光フアイバの端面にフアイバ軸に
対して傾斜を持たせたことを更に特徴とする特許
請求の範囲第1項または第2項記載のカルマン渦
流量計。 9 前記光変調空間の内壁を黒化したことを更に
特徴とする特許請求の範囲第1項〜第8項記載の
カルマン渦流量計。 10 前記カルマン渦発生体を長く形成し、該渦
発生体に複数個の振動尾翼を設置したことを更に
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のカルマン
渦流量計。[Claims] 1. A system comprising a Karman vortex generator disposed perpendicular to a fluid flow and a vibrating tail mounted on the downstream side of the Karman vortex generator, and a connection between the vortex generator and the vibrating tail. first and second optical fibers are inserted into the pores of the elastic body in the section or the tail, and the end surfaces of the first and second optical fibers are separated by a certain distance so that no optical fibers exist. A Karman vortex flowmeter characterized in that a light modulation device having a light modulation space is provided, and the amount of light passing between the optical fibers is modulated by elastically deforming the modulation space by vibration of the tail. 2. The Karman vortex flowmeter according to claim 1, further characterized in that the elastic body is a capillary tube made of metal or plastic material. 3. The Karman vortex according to claim 1 or 2, further characterized in that a transparent liquid or solid whose refractive index matches the refractive index of the core of the optical fiber is sealed in the light modulation space. Flowmeter. 4. The Karman vortex flowmeter according to claim 1 or 2, further characterized in that a lens or a rod lens is inserted in the light modulation space. 5. Claim 1 further characterized in that the light modulation space is compressed to narrow the light path.
The Karman vortex flowmeter according to item 1 or 2. 6. The Karman vortex flowmeter according to claim 1 or 2, further characterized in that the optical modulation space is expanded to narrow the circular cross-sectional area of the optical path. 7. The Karman vortex flowmeter according to claim 1 or 2, further characterized in that a reflecting mirror is inserted at one end of the light modulation space. 8. The Karman vortex flowmeter according to claim 1 or 2, further characterized in that the end face of the second optical fiber is inclined with respect to the fiber axis. 9. The Karman vortex flowmeter according to claims 1 to 8, further characterized in that the inner wall of the light modulation space is blackened. 10. The Karman vortex flowmeter according to claim 1, further characterized in that the Karman vortex generator is formed long and a plurality of vibrating tail blades are installed on the vortex generator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57218775A JPS58113716A (en) | 1982-12-13 | 1982-12-13 | Karman's vortex street flowmeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57218775A JPS58113716A (en) | 1982-12-13 | 1982-12-13 | Karman's vortex street flowmeter |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55154814A Division JPS5833522B2 (en) | 1980-11-04 | 1980-11-04 | mechanical light modulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58113716A JPS58113716A (en) | 1983-07-06 |
| JPS6158764B2 true JPS6158764B2 (en) | 1986-12-13 |
Family
ID=16725184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57218775A Granted JPS58113716A (en) | 1982-12-13 | 1982-12-13 | Karman's vortex street flowmeter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58113716A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS636226U (en) * | 1986-06-30 | 1988-01-16 |
-
1982
- 1982-12-13 JP JP57218775A patent/JPS58113716A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS636226U (en) * | 1986-06-30 | 1988-01-16 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58113716A (en) | 1983-07-06 |
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