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JPH0156382B2 - - Google Patents
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JPH0156382B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0156382B2
JPH0156382B2 JP58067057A JP6705783A JPH0156382B2 JP H0156382 B2 JPH0156382 B2 JP H0156382B2 JP 58067057 A JP58067057 A JP 58067057A JP 6705783 A JP6705783 A JP 6705783A JP H0156382 B2 JPH0156382 B2 JP H0156382B2
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JP
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light
flow velocity
optical
optical fiber
probe
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JP58067057A
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Shizuo Yoshida
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HOKKAIDO DAIGA KUCHYO
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HOKKAIDO DAIGA KUCHYO
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    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/26Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、流体を照射したレーザビーム相互間
に流体が及ぼすドツプラー効果によつて生ずる周
波数差の変化に基づいて流体の流速を測定するレ
ーザドツプラーベロシメータ(LDV)に用いる
流速測定用プローブに関し、特に、超小型に構成
し流体中の流速測定点に近接して準非接触にて安
定かつ高精度に流体の流速を測定し得るようにし
たものである。
Detailed Description of the Invention Technical Field The present invention relates to a laser Doppler velocimeter that measures the flow velocity of a fluid based on a change in frequency difference caused by the Doppler effect exerted by the fluid between laser beams irradiating the fluid. Regarding the flow velocity measurement probe used for (LDV), it is particularly designed to be ultra-compact and to be able to stably and accurately measure the fluid flow velocity close to the flow velocity measurement point in the fluid in a quasi-non-contact manner. be.

従来技術 水流の観測に関しては、古くから用いたプロペ
ラ流速計等の機械的手法や熱線流速計等の電気的
手法に替えて、最近は、光学的手法が導入される
傾向にある。水流観測の光学的手法の一つは、こ
れも古くから用いられている水流の可視化法であ
り、水理学的研究の立場から種々改良が加えられ
ているが、汎用性はあつても、個々の流れ構造を
可視化するには最適の手法とはいい難い。
Prior Art Regarding the observation of water currents, there has recently been a trend toward the introduction of optical methods in place of the traditionally used mechanical methods such as propeller current meters and electrical methods such as hot wire current meters. One of the optical methods for water flow observation is a water flow visualization method that has been used for a long time, and various improvements have been made from the standpoint of hydraulic research. It is difficult to say that this is the best method for visualizing the flow structure.

流速の光学的測定方法として新たに開発された
レーザドツプラーベロシメータ(LDV)は、レ
ーザ光に及ぼす流速のドツプラー効果により流速
を光学的に精密測定するものであり、信号処理技
術を主とする幾多の改良の結果、条件によつて
は、従来流速測定の主流をなしている熱線流速計
を遥かに上廻るデータが得られる段階にまで達し
ている。しかしながら、従来のレーザドツプラー
ベロシメータは、完全非接触の流速測定を目指す
あまり、光路を横切る側壁を透明にするなど水流
計測装置の改変を要したり、波の発生によつて自
由表面を横切る光路設計ができない、など、幾多
の問題があるうえに、従来は、使用上の簡便さの
点で熱線流速計に劣つており、価格の問題ととも
にその普及を阻害していた。
A newly developed laser Doppler velocimeter (LDV) is a newly developed method for optically measuring flow velocity. It uses the Doppler effect of flow velocity on laser light to optically precisely measure flow velocity, and is mainly based on signal processing technology. As a result of numerous improvements, it has reached the stage where, under certain conditions, it is possible to obtain data that far exceeds that of the hot wire anemometer, which is the mainstream method of current velocity measurement. However, conventional laser Doppler velocimeters aim to measure flow velocity in a completely non-contact manner, so they require modification of the water flow measurement device, such as making the side wall that crosses the optical path transparent, and they also require modifications to the water flow measurement device, such as making the side wall that crosses the optical path transparent, and the free surface is In addition to a number of problems, such as the inability to design a transverse optical path, they have traditionally been inferior to hot-wire anemometers in terms of ease of use, which, along with price issues, have hindered their widespread use.

本発明者は、かかる従来のレーザドツプラーベ
ロシメータ(LDV)の欠点を除去し、完全非接
触型にすることにより失なわれる多くの点を補い
得て、しかも実質的に非接触の流速測定を行ない
得るようにした、いわば準非接触型のプローブ型
光学系をさきに開発し、かかるLDVプローブの
導入により、従来の光学系によつては困難であつ
た二層流界面波近傍の流速測定をも可能にした
が、従来のLDVプローブによつては、未だ十分
に満足な測定性能を得るに到つてはいなかつた。
The present inventor has proposed a system that can eliminate the drawbacks of the conventional laser Doppler velocimeter (LDV) and compensate for many of the points lost by making it a completely non-contact type, and moreover, the flow rate is substantially non-contact. We first developed a so-called quasi-non-contact type probe-type optical system that enables measurement, and by introducing such an LDV probe, we were able to conduct measurements near two-layer flow interfacial waves, which was difficult with conventional optical systems. Although it has also made it possible to measure flow velocity, conventional LDV probes have not yet achieved sufficiently satisfactory measurement performance.

すなわち、流体流速の光学的手法に可干渉性が
極めて良好なレーザ光を導入して流速の精密測定
を可能にしたレーザドツプラーベロシメータに対
してさらに光フアイバを導入することにより、流
体中の測定点から離れて測定の非接触性を保つた
状態にて、交叉ビームに及ぼす流体流速のドツプ
ラー効果を利用して流速の精密測定を行ない得る
ようにしたLDVプローブではあるが、従来の構
成においては、光フアイバとしてマルチモードの
ものを使用していた点と、ドツプラー効果利用の
流速測定用に光学マスクにより形成する3本のレ
ーザビームに光量の差をもたせるために、光学マ
スクに設けたピンホールの径に差をもたせた点と
に基づき、従来は、LDVプローブとしての性能
につぎのような重大な問題が生じていた。
In other words, by introducing an optical fiber into the laser Doppler velocimeter, which enables precise measurement of flow velocity by introducing a laser beam with extremely good coherence into the optical method of measuring fluid flow velocity, The LDV probe uses the Doppler effect of the fluid flow velocity on the crossed beams to perform precise measurements of fluid velocity while maintaining non-contact measurement at a distance from the measurement point. In , a multi-mode optical fiber was used, and in order to create a difference in the light intensity of the three laser beams formed by the optical mask for flow velocity measurement using the Doppler effect, the optical mask was equipped with a multi-mode optical fiber. Conventionally, the following serious problems have arisen in the performance of LDV probes due to the difference in pinhole diameters.

まず、光源からのレーザ光をLDVプローブに
導く光フアイバとしては、従来多用されて比較的
低廉に入手し得、光学系に対する導入も容易なマ
ルチモードの光フアイバが使用されていたが、こ
の種マルチモードの光フアイバは、光導波路をな
すコア部の径が比較的大きく、レーザ光の注入が
容易であるなど、取扱いが比較的容易である反
面、端末開口から放射する拡散光の拡散角が大き
いために、光学系を主とするプローブの充分な小
型化が困難でありまた、拡散角の大きい拡散光か
ら作り出した前述の3本のビームの集光点におけ
る交叉の角度が拡がり、成層流の界面近傍等にお
ける流速の精密測定が困難であつた。さらに、マ
ルチモードであるがために、光フアイバから放射
された光の空間的な強度分布にむらが生じていわ
ゆるスペツクルパターンを呈し、光信号の質が低
下し、十分な測定精度が得られないばかりでな
く、光フアイバが曲がり、あるいは、揺れると、
スペツクルパターンが変化してノイズとなる等、
種々の問題が生じていた。
First, as the optical fiber that guides the laser beam from the light source to the LDV probe, a multimode optical fiber has traditionally been used, which is widely used, can be obtained relatively inexpensively, and is easy to introduce into optical systems. Multi-mode optical fibers are relatively easy to handle as the diameter of the core that forms the optical waveguide is relatively large, making it easy to inject laser light, but on the other hand, the diffusion angle of the diffused light emitted from the terminal aperture is Because of the large size, it is difficult to sufficiently miniaturize the probe, which mainly consists of optical systems, and the intersection angle at the convergence point of the three beams created from the diffused light with a large diffusion angle widens, resulting in stratified flow. It has been difficult to precisely measure the flow velocity near the interface. Furthermore, because it is multimode, the spatial intensity distribution of the light emitted from the optical fiber becomes uneven, creating a so-called speckle pattern, which degrades the quality of the optical signal and makes it difficult to obtain sufficient measurement accuracy. Not only is it not possible, but if the optical fiber bends or shakes,
The speckle pattern changes and becomes noise, etc.
Various problems arose.

また、流体流速が及ぼすドツプラー効果により
交叉2ビーム間の干渉により生ずるビート成分の
周波数に基づいて流体流速を測定するのであるか
ら、従来、LDVプローブにおける光学マスクに、
後述するように直角二等辺三角形の各頂点に配置
して設けた3個のピンホールのうち、後に散乱光
となる光ビームを形成する直角頂点上のピンホー
ルの径を、参照光ビームを形成する他のピンホー
ル径の5倍程度にしてピンホール径に格段の差を
つけた状態にあつては、上述した測定原理の光学
的説明乃至理論付けが極めて困難となり、延いて
は、測定データの信頼性が低下するという問題が
生じていた。
Furthermore, since the fluid flow velocity is measured based on the frequency of the beat component caused by interference between two intersecting beams due to the Doppler effect exerted by the fluid flow velocity, conventionally, the optical mask in the LDV probe is
As described later, among the three pinholes placed at each vertex of a right-angled isosceles triangle, the diameter of the pinhole on the right-angled vertex that forms the light beam that will later become scattered light is determined to form the reference light beam. In a state where the pinhole diameter is about 5 times the diameter of other pinholes and has a significant difference, it becomes extremely difficult to optically explain or theorize the measurement principle described above, and as a result, the measurement data The problem has been that the reliability of the system is reduced.

発明の要点 本発明の目的は、上述した従来の問題を解決し
てその欠点を除去し、従来のLDVプローブを格
段に小型にしてマイクロ化し、従来は測定困難で
あつた密度が急変する境界面近傍の流速測定や、
微小な流体空間を取扱うプラズマ流の流速測定を
可能にするとともに、従来の測定原理上の不明確
さを排除した流速測定用マイクロLDVプローブ
を提供することにある。
Summary of the Invention The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and eliminate their drawbacks, to make the conventional LDV probe much smaller and micron, and to improve the measurement of interfaces where the density suddenly changes, which has been difficult to measure in the past. Nearby flow velocity measurement,
The object of the present invention is to provide a micro LDV probe for flow velocity measurement that makes it possible to measure the velocity of a plasma flow that handles a minute fluid space and eliminates the ambiguity of conventional measurement principles.

すなわち、本発明流速測定用マイクロLDVプ
ローブは、光源からのレーザ光を案内する光フア
イバと、小孔を有してその小孔を通過する一部を
除き前記光フアイバの端末開口からの拡散光を減
光させる減光フイルムと、前記光フアイバの光軸
の延長との交点からほぼ等距離にて直角の頂点が
前記減光フイルムの前記小孔に対向する直角二等
辺三角形の各頂点にそれぞれ位置するほぼ同一径
の3個のピンホールを有する光学マスクと、前記
光軸の延長上に中心を有して前記光学マスクにお
ける前記3個のピンホールをそれぞれ通過した3
本の光束を流速測定点に集光する集光レンズと、
その集光レンズと前記流速測定点との間に介在し
て前記3本の光束をほぼ直角に屈折させるプリズ
ムとを備え、前記3本の光束の相互間に作用する
ドツプラー効果により前記流速測定点における流
体の流速を測定し得るように構成したことを特徴
とする。
That is, the micro LDV probe for flow rate measurement of the present invention includes an optical fiber that guides laser light from a light source, and a small hole that guides the laser light from the optical fiber, except for a portion that passes through the small hole. At each vertex of a right-angled isosceles triangle, the apex of which is perpendicular to the point of intersection of the light-reducing film and the extension of the optical axis of the optical fiber, the apex of which faces the small hole of the light-reducing film, respectively. an optical mask having three pinholes of approximately the same diameter located therein; and three pinholes each having a center on an extension of the optical axis and passing through each of the three pinholes in the optical mask.
A condensing lens that condenses the light flux of the book onto the flow velocity measurement point,
a prism that is interposed between the condenser lens and the flow velocity measurement point and refracts the three light beams at a substantially right angle; It is characterized in that it is configured to be able to measure the flow velocity of fluid at.

発明装置の動作原理 以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明するに先立ち、本発明の理解を容易にす
るために、レーザドツプラー効果利用の流速測定
の原理について説明しておく。
Principle of operation of the inventive device Before explaining the present invention in detail with reference to the drawings below, in order to facilitate understanding of the present invention, the principle of flow velocity measurement using the laser Doppler effect will be explained. put.

しかして、測定の対象とする流体の流路を横切
つてレーザ光の光路を設ける従来の完全非接触型
レーザドツプラーベロシメータ(LDV)にはつ
ぎのような問題があつた。
However, the conventional completely non-contact type laser Doppler velocimeter (LDV), in which the optical path of the laser beam is provided across the flow path of the fluid to be measured, has the following problems.

(1) 野外、実験水槽等にて大規模の流れを取扱う
場合には、測定領域を区画する側壁を透明な材
料に作り替えたり、高価な高出力レーザ光源を
使用する必要があつた。
(1) When handling large-scale flows outdoors or in experimental water tanks, it is necessary to replace the side walls that partition the measurement area with transparent materials or use an expensive high-power laser light source.

(2) 小規模の流れであつても、濁流の場合には光
の減衰を招き、測定不能となることがあつた。
(2) Even if the flow is small-scale, turbidity can cause light to attenuate, making measurements impossible.

(3) 遠隔、深遠の位置における流速測定が困難で
あつた。
(3) It was difficult to measure current velocity at remote and deep locations.

(4) 界面波近傍の流速測定は、界面波によつて光
ビームが屈折するのでヘテロダイン検波による
ドツプラー効果の検出が不可能となる場合が多
かつた。
(4) When measuring flow velocity near interfacial waves, it is often impossible to detect the Doppler effect by heterodyne detection because the optical beam is refracted by the interfacial waves.

かかる従来の完全非接触型LDVの問題点を解
決するために、本発明者は、さきに光源から測定
点に近接させたレンズ系までのレーザ光の光路と
流体により散乱したレーザ光の採取とに光フアイ
バを使用してレーザ光の減衰を防ぐようにした準
非接解型のLDVプローブを使用して概略第1図
に示すように構成した流速測定系を開発した。図
示のLDVプローブ型流速測定系においては、レ
ーザ光源1からのレーザ光をレンズ系2を介して
光フアイバ3内に注入し、その光フアイバ3の先
端に接続したプローブ4により、後述するように
して形成した2本のレーザビームを取出して流体
5中の測定点Pを照射し、2本のレーザビームの
流体5により同一方向に散乱した成分を光フアイ
バ6により検波器7に導き、流体5の流速に対応
した2レーザビーム間のドツプラー効果による周
波数差を検出し、帯域通過フイルタ8により波
した周波数差成分のみをカウンタ型信号解析器9
により処理した結果を表示器10に表示するとと
もに、記録器11に記録する。
In order to solve the problems of the conventional completely non-contact type LDV, the present inventor first established the optical path of the laser light from the light source to the lens system placed close to the measurement point, and the collection of the laser light scattered by the fluid. We developed a flow velocity measurement system as schematically shown in Figure 1 using a quasi-non-contact type LDV probe that uses an optical fiber to prevent the attenuation of the laser beam. In the illustrated LDV probe type flow velocity measurement system, a laser beam from a laser light source 1 is injected into an optical fiber 3 via a lens system 2, and a probe 4 connected to the tip of the optical fiber 3 is used to measure the flow rate as described below. The two laser beams formed are taken out and irradiated to the measuring point P in the fluid 5, and the components of the two laser beams scattered in the same direction by the fluid 5 are guided to the detector 7 through the optical fiber 6. Detects the frequency difference due to the Doppler effect between the two laser beams corresponding to the flow velocity of
The processed results are displayed on the display 10 and recorded on the recorder 11.

かかる構成のLDVプローブ型流速測定系の特
徴は、前述したように、測定点Pに近接配置した
LDVプローブ4まで光フアイバ3により損失な
くレーザ光を導いた点の他に、第2図に示すよう
に、LDVプローブ4内において光フアイバ3の
端末開口より放射した拡散光を3個のピンホール
を後述するようにして設けた光学マスク13に当
てて3本のレーザビームを形成し、後述する集光
レンズ系によりそれら3本のレーザビームを微小
の角度をもつて測定点Pにて互いに交叉させてい
る点である。この光学マスク13上の各ピンホー
ルは後述する集光レンズ系の中心から等距離に配
置するので、その集光レンズ系の焦点に位置する
測定点Pにて互いに交叉する。さらに、光学マス
ク13上にて3個のピンホールを直角二等辺三角
形の各頂点にそれぞれ配置するとともに、直角の
頂点に位置するピンホールを通過するレーザビー
ムの光量を他の2個のピンホールをそれぞれ通過
するレーザビームの光量の5倍程度に選定する
と、その直角頂点のピンホールを通過したレーザ
ビーム14は測定点Pにて流体に当つて散乱し、
参照光とする他のピンホールをそれぞれ通過して
直進する他のレーザビーム15a,15bとそれ
ぞれ同一方向に進む散乱光との光量がそれぞれほ
ぼ等しくなるので、それぞれの方向における参照
光15a,15bと散乱光とを光フアイバ16
a,16bにより信号処理系に導いて、以下に述
べるような測定原理に基づくいわゆる参照光法に
より、上述した直角二等辺三角形の直交二辺の方
向における流体流速をそれぞれ測定し得ることに
なる。
The characteristics of the LDV probe type flow rate measurement system with this configuration are as described above.
In addition to guiding the laser beam through the optical fiber 3 to the LDV probe 4 without loss, as shown in Fig. is applied to an optical mask 13 provided as described below to form three laser beams, and these three laser beams are made to intersect with each other at a measurement point P at a small angle by a condenser lens system described later. This is what makes it so. Since each pinhole on this optical mask 13 is arranged at the same distance from the center of a condensing lens system to be described later, they intersect each other at a measurement point P located at the focal point of the condensing lens system. Furthermore, three pinholes are placed at each vertex of the right-angled isosceles triangle on the optical mask 13, and the amount of light of the laser beam passing through the pinhole located at the right-angled vertex is adjusted to the other two pinholes. When each is selected to be about five times the light intensity of the laser beam passing through, the laser beam 14 passing through the pinhole at the right angle vertex hits the fluid at the measurement point P and is scattered.
Since the amounts of light of the other laser beams 15a, 15b, which are used as reference beams and which travel straight through the other pinholes, and the scattered lights, which each travel in the same direction, are approximately equal, the reference beams 15a, 15b in the respective directions The scattered light and the optical fiber 16
a and 16b to the signal processing system, and the fluid flow velocity in the directions of the two orthogonal sides of the above-mentioned right-angled isosceles triangle can be measured by the so-called reference beam method based on the measurement principle described below.

ここで、直角二等辺三角形の直交二辺の一方の
両端に位置する2個のピンホールをそれぞれ通過
する2本のレーザビーム14,15による一方向
流速の測定原理を第3図を参照して説明する。
Here, the principle of measuring unidirectional flow velocity using two laser beams 14 and 15 passing through two pinholes located at both ends of one of two orthogonal sides of a right-angled isosceles triangle will be explained with reference to FIG. explain.

いま、流速ベクトルをVとし、集光レンズ系の
光軸と直交する方向の流速をUとし、2本のレー
ザビームが会合する微小領域において流体中の固
体微粒子により散乱してドツプラー効果を受けた
レーザビーム14からの散乱光と固体微粒子によ
る散乱を受けずに直進した参照光15との波数ベ
クトル、すなわち、波動周波数を考慮したベクト
ルをそれぞれk1,k2とすると、それらの波数ベク
トルk1,k2の強度は、上述のようにほぼ等しくな
るので、相互間のヘテロダイン検波が可能とな
り、検波器7において検出される光強度はつぎ
の(1)式にて表わされる。
Now, let the flow velocity vector be V, and the flow velocity in the direction perpendicular to the optical axis of the condensing lens system be U, and in the minute region where the two laser beams meet, they are scattered by solid particles in the fluid and undergo the Doppler effect. Let k 1 and k 2 be the wave number vectors of the scattered light from the laser beam 14 and the reference light 15 that has traveled straight without being scattered by solid particles, that is, the vectors taking into account the wave frequencies, then their wave number vectors k 1 , k 2 are almost equal as described above, so that mutual heterodyne detection is possible, and the light intensity detected by the detector 7 is expressed by the following equation (1).

I∝A2 1+A2 2+2A1A2COS{(k2〜k1)Vt+}
……(1) ここに、A1、A2は波数ベクトルk1,k2の振幅
であり、右辺第1項および第2項は直流成分を表
わし、また、第3項は、散乱により進行方向を転
じたがためにドツプラー効果により周波数が変化
したレーザビーム14の波数ベクトルk1と直進し
たがために周波数が変化しない参照ビーム15の
波数ベクトルk2との周波数差を有するビート成分
を表わすものである。そのビート成分が呈するビ
ート周波数、すなわち、波数ベクトルk1,k2の周
波数差dはつぎの(2)式によつて表わされる。
I∝A 2 1 +A 2 2 +2A 1 A 2 COS {(k 2 ~ k 1 )Vt+}
...(1) Here, A 1 and A 2 are the amplitudes of wave number vectors k 1 and k 2 , the first and second terms on the right side represent the DC component, and the third term is the Represents a beat component that has a frequency difference between the wave number vector k 1 of the laser beam 14 whose frequency has changed due to the Doppler effect due to changing direction and the wave number vector k 2 of the reference beam 15 whose frequency does not change because it has traveled straight. It is something. The beat frequency exhibited by the beat component, that is, the frequency difference d between the wave number vectors k 1 and k 2 is expressed by the following equation (2).

d=(k2〜k1)V/2π ……(2) したがつて、このビード周波数dを測定すれば
流速ベクトルVが表わす流速Uをつぎの(3)式によ
つて求めることができる。
d = (k 2 ~ k 1 ) V/2π ...(2) Therefore, by measuring this bead frequency d , the flow velocity U represented by the flow velocity vector V can be determined by the following equation (3). .

U=d・λp/(2n sinθ/2) ……(3) ここに、λpは真空中における光の波長であり、
nは流体媒質の屈折率であり、θは集光レンズ系
の光軸と参照光ビーム15とのなす角である。
U= d・λ p /(2n sinθ/2) ...(3) Here, λ p is the wavelength of light in vacuum,
n is the refractive index of the fluid medium, and θ is the angle between the optical axis of the condenser lens system and the reference light beam 15.

なお、上述の(1)式から判るように、波数ベクト
ルk1,k2の周波数差、すなわち、ビート周波数d
の正負によつては光強度の極性を区別し得ない
ので、一方向流速の大きさは測定し得るが、流速
の極性すなわち流向は判別し得ない。
Furthermore, as can be seen from the above equation (1), the frequency difference between the wave number vectors k 1 and k 2 , that is, the beat frequency d
Since it is not possible to distinguish the polarity of the light intensity depending on whether the polarity is positive or negative, the magnitude of the unidirectional flow velocity can be measured, but the polarity of the flow velocity, that is, the flow direction cannot be determined.

しかして、上述したような準非接触のLDVプ
ローブ型流速測定系によれば、前述した完全非接
触型のレーザドツプラーベロシメータの諸問題の
うち(1)項乃至(3)項の問題はほぼ解決し、例えば、
1Km離れた位置の流速であつても、5mV程度の
レーザ光源を用いて問題なく測定が可能となり、
河川の洪水程度の濁水についても流速測定が可能
であり、また、直交二方向の流速成分の同時測定
も可能であり、従来慣用の熱線流速計に近い手軽
さにて使用することができる。なお、前述した完
全非接触型のLDVの諸問題中の(4)項、すなわち、
界面波近傍の流速測定の問題は、後述する従来の
LDVプローブの欠点と相俟つて完全な解決には
至つていない。
According to the above-mentioned quasi-non-contact LDV probe type flow velocity measurement system, among the problems of the completely non-contact laser Doppler velocimeter mentioned above, problems (1) to (3) can be solved. is almost solved, for example,
Even if the flow velocity is located 1 km away, it can be measured without problems using a laser light source of about 5 mV.
It is possible to measure flow velocity even in turbid water equivalent to a river flood, and it is also possible to simultaneously measure flow velocity components in two orthogonal directions, making it easy to use and similar to conventional hot wire current meters. In addition, item (4) of the problems of the completely non-contact type LDV mentioned above, namely,
The problem of measuring flow velocity near interfacial waves is the conventional method described below.
Combined with the drawbacks of the LDV probe, a complete solution has not been reached.

なお、上述したLDVプローブ型流速測定系に
ては判別不能であつた流向に関しては、静止媒質
に対しても上述した散乱光14と参照光15との
波数ペクトルk1,k2間の周波数差dが有限値をと
るように両者間にて本来の周波数を異ならせるこ
とにより流向の判別を可能にすることができる。
すなわち、静止媒質における上述の周波数差d
pとすると、流速Uはつぎの(4)式にて表わされ
る。
Regarding the flow direction, which could not be determined with the LDV probe type flow velocity measurement system described above, the frequency difference between the wave number spectra k 1 and k 2 of the scattered light 14 and the reference light 15 described above also applies to a stationary medium. By making the original frequencies different between the two so that d takes a finite value, it is possible to determine the flow direction.
In other words, the above frequency difference d in the stationary medium is
Assuming p , the flow velocity U is expressed by the following equation (4).

U=(dp)λo/(2n sinθ/2) ……(4) ここに、周波数差dは前述した(2)式におけると
同時に、検波器7において検出した光強度の周
波数変化分である。したがつて、dpのときに
U=0、dpのときにU>0、0<dpのと
きにU<0として流向を判別することができる。
なお、これらの変数U、dp相互間の関係は第
4図に示すようになる。
U = ( dp ) λo / (2n sin θ / 2) ... (4) Here, the frequency difference d is the frequency change in the light intensity detected by the detector 7 at the same time as in equation (2) above. be. Therefore, the flow direction can be determined as U=0 when d = p , U>0 when d > p , and U<0 when 0< d < p .
The relationship among these variables U, d , and p is shown in FIG.

しかして、本発明者が開発して前述した準非接
触型流速測定系に使用した従来のLDVプローブ
には前述したような欠点があり、水理学的研究に
とつて充分に満足し得る水流観測上の性質は得ら
れていなかつた。
However, the conventional LDV probe developed by the present inventor and used in the above-mentioned quasi-non-contact flow measurement system has the above-mentioned drawbacks, and cannot be used for water flow observation that is fully satisfactory for hydraulic research. The above properties were not obtained.

本発明流速測定用マイクロLDVプローブは、
前述した従来の欠点の発生原因となつていた光フ
アイバにシングモードの光フアイバを用いるとと
もに、同じく従来の欠点の発生原因となつていた
減光用光学マスクに同一径のピンホールを設けて
濃度フイルタにより光量差を与えるように改良し
て、所望の測定性能が得られるようにしたもので
ある。
The micro LDV probe for flow velocity measurement of the present invention is
In addition to using a single-mode optical fiber as the optical fiber, which was the cause of the conventional drawbacks mentioned above, a pinhole of the same diameter was provided in the optical mask for light attenuation, which was also the cause of the conventional drawbacks, to reduce the concentration. The filter has been improved to provide a difference in light intensity, so that the desired measurement performance can be obtained.

実施例 以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。
EXAMPLES The present invention will be explained in detail below using examples with reference to the drawings.

まず、本発明マイクロLDVプローブを用いた
流速測定系全体の構成を、第1図の基本的構成に
準じて第6図に示す。図示の全体構成において
は、細長い円柱状をなす構成要素4が本発明マイ
クロLDVプローブであり、レンズ系を介してレ
ーザ光源1に接続した光フアイバ3の先端をその
一部の構成要素として挿入してあること第1図示
の基本的構成におけると全く同様である。このマ
イクロLDVプローブ4から放射された3本のレ
ーザビームを流体5中の測定点Pにて集光した
後、各参照光ビームの直進方向にそれぞれ配設し
た受光用光フアイバ6a,6bに入射した光成分
を、参照光と散乱光との相互干渉により流体流速
が及ぼすドツプラー効果に基づいて生じたビート
成分とともに、光電子増倍管7a,7bに導いて
それぞれ増幅した後に、帯域通過フイルタ8a,
8bによりそれぞれのビート成分のみを抽出し、
さらに、周波数―電圧変換器9a,9bにより各
ビート成分が有するビート周波数に比例した電圧
信号を取出して演算器17により所要のデータ処
理を施して、例えば水平・垂直両方向の流体流速
を算出する。
First, the configuration of the entire flow velocity measurement system using the micro LDV probe of the present invention is shown in FIG. 6, based on the basic configuration shown in FIG. 1. In the illustrated overall configuration, a component 4 having an elongated cylindrical shape is the micro LDV probe of the present invention, and the tip of an optical fiber 3 connected to the laser light source 1 via a lens system is inserted as a part of the component. This is exactly the same as in the basic configuration shown in the first figure. After condensing the three laser beams emitted from the micro LDV probe 4 at a measurement point P in the fluid 5, they enter the light receiving optical fibers 6a and 6b arranged in the straight direction of each reference light beam. The resulting light component is guided to photomultiplier tubes 7a and 7b for amplification, together with a beat component generated based on the Doppler effect exerted by the fluid flow velocity due to mutual interference between the reference light and the scattered light, and then passed through bandpass filters 8a and 7b.
8b to extract only each beat component,
Further, the frequency-voltage converters 9a and 9b extract a voltage signal proportional to the beat frequency of each beat component, and the arithmetic unit 17 performs necessary data processing to calculate, for example, fluid flow velocity in both horizontal and vertical directions.

つぎに、本発明によるマイクロLDVプローブ
型流速測定系の上述した全体構成における各構成
要素についてさらに詳細するに、まず、レーザ光
源1は、交叉ビームの相互干渉により流体流速が
及ぼすドツプラー効果に基づいて流速の測定を行
なううえから不可欠の可干渉性光源であり、本発
明プローブの試作実験には、ヘリウム・ネオンの
ガスレーザを用いて15ミリワツトの出力を得た
が、一般に、出力が大きいほど測定精度が向上す
る。かかる光源1からのレーザ光束を凸レンズの
作用をなすレンズ系2により集束して光フアイバ
3のコア部に注入する。
Next, each component in the above-mentioned overall configuration of the micro LDV probe type current velocity measurement system according to the present invention will be explained in more detail. A coherent light source is indispensable for measuring flow velocity, and in the prototype experiment of the probe of the present invention, a helium-neon gas laser was used to obtain an output of 15 milliwatts, but in general, the higher the output, the better the measurement accuracy. will improve. The laser beam from the light source 1 is focused by a lens system 2 acting as a convex lens and injected into the core of the optical fiber 3.

しかして、本発明によるマイクロLDVプロー
ブにおいては、前述した従来のLDVプローブに
マルチモードの光フアイバを用いたことに起因し
た従来の諸問題を解決するために、比較的高価で
あり、レーザ光束の注入等の取扱いに格段に精密
な光学手段を用いる必要はあるが、マルチモード
の光フアイバに比して格段に細いシングルモード
の光フアイバ3を用いる。光フアイバは、周知の
とおり、光路媒体となるコア部の硝子繊維を屈折
率の大きいクラツド部の硝子シースにより包み、
境界面における全反射の反復により最小限の減衰
をもつて光束を伝送するものであり、シングルモ
ードの光フアイバにおいては、通例、直径10μm
以下とする極めて細いコア部内にて単一モードの
全反射を反復するので、端末開口からは、拡散角
がマルチモードに比して格段に小さく、空間的な
強度分布にむらのない拡散光が得られる。本発明
プローブの試作実験においては、藤倉電線製の
SMC・10/125・10型の光フアイバを使用した
が、この光フアイバは、波長1μmの光が1Kmあた
り1dBだけ減衰する伝送特性を有しており、その
断面構造寸法は、第7図a,bに示すとおりであ
つて、直径10μmのコア部3aおよび外径125μm
のクラツド部3bの外周をシリコン被覆層3cお
よびポリアミド被覆層3dにより保護して外径
900μmに仕上げ、さらにその外周に外径3mmの通
常のケーブル被覆を施してある。
However, in order to solve the conventional problems caused by using a multimode optical fiber in the conventional LDV probe mentioned above, the micro LDV probe according to the present invention is relatively expensive and has a low laser beam flux. Although it is necessary to use extremely precise optical means for handling such as injection, a single mode optical fiber 3 is used, which is much thinner than a multimode optical fiber. As is well known, optical fibers are made by wrapping a core glass fiber, which serves as an optical path medium, with a glass sheath having a high refractive index.
It transmits a light beam with minimal attenuation through repeated total reflection at the interface, and a single mode optical fiber typically has a diameter of 10 μm.
Since single-mode total reflection is repeated within the extremely thin core section described below, from the terminal aperture, the diffusion angle is much smaller than that of multi-mode, and diffused light with an even spatial intensity distribution is emitted from the terminal aperture. can get. In the prototype experiment of the probe of the present invention, Fujikura Electric Cable's
SMC/10/125/10 type optical fiber was used, and this optical fiber has a transmission characteristic in which light with a wavelength of 1 μm is attenuated by 1 dB per 1 km, and its cross-sectional structural dimensions are shown in Figure 7 a. , b, with a core portion 3a having a diameter of 10 μm and an outer diameter of 125 μm.
The outer periphery of the cladding portion 3b is protected by a silicon coating layer 3c and a polyamide coating layer 3d, and the outer diameter is
It is finished to a diameter of 900μm, and the outer circumference is covered with a normal cable coating of 3mm in outer diameter.

つぎに、マイクロLDVプローブ4においては、
第8図に模式的に示すように、光フアイバ3の端
末開口から放射されたレーザ拡散光12により、
例えば直径0.1mmのピンホールを後述するように
配置して設けたアルミ箔等からなる光学マスク1
3を照射して3本のレーザビームを形成し、後述
するような集光レンズ系を介して流体5中の測定
点Pに集光させ、その間プリズム19により集光
光軸をほぼ直角に屈折させ、例えば水面から垂直
に挿入したプローブ4の先端から放射したレーザ
ビームが水面に平行に流体5中を通過してドツプ
ラー効果に基づく流速測定を容易に行ない得るよ
うにしてある。なお、このマイクロLDVプロー
ブ4は、各構成要素を収容した細長い円筒形のケ
ース20の先端にプリズム19を接着して構成し
てあり、測定点Pを通過した3本のレーザ・ビー
ムB1〜B3のうち、直進した参照ビームB1,B3
それぞれ同一方向に散乱した散乱光B2とを受光
用光フアイバ6a,6bによりデータ処理系に導
くこと、前述したとおりである。
Next, in the micro LDV probe 4,
As schematically shown in FIG. 8, the laser diffused light 12 emitted from the end aperture of the optical fiber 3 causes
For example, an optical mask 1 made of aluminum foil or the like with pinholes with a diameter of 0.1 mm arranged as described below.
3 to form three laser beams, which are focused on a measuring point P in the fluid 5 through a condensing lens system as will be described later, while the condensed optical axis is refracted almost at right angles by a prism 19. For example, a laser beam emitted from the tip of a probe 4 inserted perpendicularly from the water surface passes through the fluid 5 parallel to the water surface so that flow velocity measurement based on the Doppler effect can be easily performed. The micro LDV probe 4 is constructed by adhering a prism 19 to the tip of an elongated cylindrical case 20 that houses each component, and the three laser beams B 1 - As described above , the reference beams B 1 and B 3 that have traveled straight and the scattered light B 2 that has been scattered in the same direction are guided to the data processing system by the receiving optical fibers 6a and 6b.

しかして、本発明マイクロLDVプローブ4に
ついて重要な点は、光学マスク13により形成す
る3本のレーザビームB1〜B3のレーザビームB1
〜B3の配置およびその強度である。本発明プロ
ーブにおける3本のレーザビームB1〜B3は第9
図に示すように配置してあり、集光レンズ系の光
軸から等距離にあつて二等辺直角三角形の各頂点
に位置する3個のピンホールにより3本のレーザ
ビームB1〜B3を形成することは従来のLDVプロ
ーブと同様である。
Therefore, the important point about the micro LDV probe 4 of the present invention is that the three laser beams B 1 to B 3 formed by the optical mask 13
~ B 3 arrangement and its strength. The three laser beams B 1 to B 3 in the probe of the present invention are
The arrangement is as shown in the figure, and three laser beams B 1 to B 3 are focused by three pinholes located at each vertex of an isosceles right triangle, equidistant from the optical axis of the condenser lens system. Formation is similar to conventional LDV probes.

しかしながら、参照光とするレーザビームB1
B3の光強度に比べ、流体流速によるドツプラー
効果を受ける散乱光となるレーザビームB2の光
強度をほぼ5倍にするために、従来のプローブに
おいては、前述したように、それぞれのピンホー
ルの径を異ならせたのとは相違して、後述するよ
うに、適切な減衰量を通過光に与える減光フイル
ムを使用している。
However, the laser beam B 1 used as the reference beam,
In order to increase the light intensity of the laser beam B2 , which is scattered light that is affected by the Doppler effect due to the fluid flow velocity, by approximately five times compared to the light intensity of B3 , in conventional probes, as described above, each pinhole is As will be described later, a light-reducing film is used that provides an appropriate amount of attenuation to the passing light, as will be described later.

かかる構成のレーザビームB1〜B3を用いた参
照光および散乱光の周波数に及ぼす流体のドツプ
ラー効果と流速との関係に基づく流速測定の原理
について、第2図および第3図につき前述したと
ころ補足して説明すると、第9図に示すレーザビ
ームの配置について重要な点は、レーザビーム
B1,B2を含む面と流体の水平面とがなす角およ
びレーザビームB2,B3を含む面と流体の水平面
とがなす角がいずれも45゜であつて、レーザビー
ムB1とB2およびB2とB3の各交叉角が互いに等し
いことである。
The principle of flow velocity measurement based on the relationship between the flow velocity and the Doppler effect of the fluid on the frequencies of the reference light and scattered light using the laser beams B 1 to B 3 having such a configuration was described above with reference to FIGS. 2 and 3. As a supplementary explanation, the important point about the laser beam arrangement shown in Figure 9 is that the laser beam
The angle between the plane containing B 1 and B 2 and the horizontal plane of the fluid and the angle between the plane containing laser beams B 2 and B 3 and the horizontal plane of the fluid are both 45°, and the angle between the laser beams B 1 and B 2 and the intersection angles of B 2 and B 3 are equal to each other.

上述した2組の参照光と散乱光との組合わせの
うちの一方、レーザビームB1とB2との交叉につ
いてそれぞれの周波数と流速との関係を考察する
に、第10図に示すように、流速Uの流体に対し
て横方向から角度θをもつて交叉するレーザビー
ムB1,B2が入射し、測定点Pにおける流体中の
固体粒子の運動によつてそれらのレーザビーム
B1,B2が模式的に図示するように散乱する。し
かして、直進して参照光となり、受光用光フアイ
バ6に入射するレーザビームB1の周波数1は、
流体によるドツプラー効果には無関係に測定点P
に達する前の周波数であるが、流体中の固体粒子
により散乱したレーザビームB2のうち、参照ビ
ームB1と同一方向に進む散乱光成分の光強度は、
前述したように参照ビームB1の光強度とほぼ同
程度となり、また、その周波数2は、流体流速に
基づくドツプラー効果を受けて流速に比例した周
波数変化を呈している。したがつて、受光用光フ
アイバ6により導いた合成光成分を検波すると、
流体流速に基づくドツプラー効果により生じた双
方の周波数差12に等しいビート周波数dにて
変化する合成光強度に対応した検波出力が得ら
れ、 |12|=d ……(5) となる。このビート周波数dは、流体中の固体粒
子の運動速度が光速に比すれば極めて低いのであ
るから、光電子増倍管7の出力を検波すれば、充
分に検出して容易に測定することができ、さら
に、つぎの(6)式に示す関係に基づいて流体流速U
を求めることができる。
Considering the relationship between the frequency and flow velocity of one of the two combinations of reference light and scattered light mentioned above, the intersection of laser beams B1 and B2 , as shown in Fig. 10. , laser beams B 1 and B 2 intersecting at an angle θ are incident on the fluid at a flow rate U from the lateral direction, and these laser beams are caused by the movement of solid particles in the fluid at the measurement point P.
B 1 and B 2 are scattered as shown schematically. Therefore, the frequency 1 of the laser beam B 1 that travels straight, becomes the reference beam, and enters the receiving optical fiber 6 is as follows:
The measurement point P is independent of the Doppler effect caused by the fluid.
Of the laser beam B2 scattered by solid particles in the fluid, the light intensity of the scattered light component traveling in the same direction as the reference beam B1 is:
As described above, the light intensity is approximately the same as that of the reference beam B1 , and its frequency 2 exhibits a frequency change proportional to the flow velocity due to the Doppler effect based on the fluid flow velocity. Therefore, when the combined light component guided by the light-receiving optical fiber 6 is detected,
A detection output corresponding to the combined light intensity changing at a beat frequency d equal to the frequency difference 1 to 2 between the two caused by the Doppler effect based on the fluid flow velocity is obtained, and | 12 |= d ...(5) Become. This beat frequency d can be sufficiently detected and easily measured by detecting the output of the photomultiplier tube 7, since the moving speed of solid particles in the fluid is extremely low compared to the speed of light. , Furthermore, based on the relationship shown in the following equation (6), the fluid flow velocity U
can be found.

U=λp12|/2n(sinθ/2) ……(6) ここに、Uは第10図に示す集光光軸に直交す
る線分mm′に沿つた流体の流速であり、nは流体
媒質の屈折率であり、pは真空中におけるレーザ
光の波長である。したがつて、、流速Uは、既知
量を比例定数とした上述したビート周波数d=|
12|との比例関係から容易に求め得ることに
なる。なお、線分mm′と直交する方向における流
体流速も、レーザビームB2,B3の組合わせによ
り、上述したと同様にして求めることができる。
U=λ p | 1 ~ 2 |/2n (sin θ/2) ...(6) Here, U is the flow velocity of the fluid along the line segment mm' perpendicular to the focusing optical axis shown in Fig. 10. , n is the refractive index of the fluid medium, and p is the wavelength of the laser light in vacuum. Therefore, the flow velocity U is the above-mentioned beat frequency d with the known quantity as a proportionality constant = |
It can be easily determined from the proportional relationship between 1 and 2 |. Note that the fluid flow velocity in the direction perpendicular to the line segment mm' can also be determined in the same manner as described above by combining the laser beams B 2 and B 3 .

つぎに、実際には流向が絶えず変化している流
体の流速を如何にして求めるかについて、第11
図を参照して説明する。すなわち、図に示すよう
に、流体とともに移動する固体粒子Pが速度Uに
て図示の矢印方向に移動しつつあるものとし、そ
の流速ベクトルUを、レーザビームB1,B2を含
む面に投影したPP1方向の成分ベクトルU1と、レ
ーザビームB2,B3を含む面に投影したPP2方向
の成分ベクトルU2とに分けて考察する。なお、
投影方向PP1とPP2とは水平方向に対してともに
45゜傾斜しているものとする。また、流速ベクト
ルUと各成分ベクトルU1,U2との間にはU=√2 1
+U2 2なる関係があるが、一般に、流体計測にお
いては、流向の流速U自体より、その水平成分u
と垂直成分vとを知ることの方が重要である。し
かして、水平流速成分uおよび垂直流速成分vは
つぎの(7)式から求められる。
Next, we will discuss how to find the flow velocity of a fluid whose direction is actually constantly changing.
This will be explained with reference to the figures. That is, as shown in the figure, it is assumed that a solid particle P moving with the fluid is moving at a speed U in the direction of the arrow shown in the figure, and its flow velocity vector U is projected onto a plane containing laser beams B 1 and B 2 . The component vector U 1 in the PP 1 direction and the component vector U 2 in the PP 2 direction projected onto the plane including the laser beams B 2 and B 3 will be considered separately. In addition,
Projection directions PP 1 and PP 2 are both relative to the horizontal direction.
Assume that the slope is 45°. Moreover, between the flow velocity vector U and each component vector U 1 , U 2 is U=√ 2 1
There is a relationship of +U 2 2 , but in general, in fluid measurement, the horizontal component u is more important than the flow velocity U itself in the flow direction.
It is more important to know the vertical component v. Therefore, the horizontal flow velocity component u and the vertical flow velocity component v can be obtained from the following equation (7).

u=1/√2(U1+U2)、v=1/√2(U1−U2) …(7) したがつて、上述した投影流速ベクトルU1
U2を求めれば、流速Uの水平・垂直成分u、v
を求めることができ、延いては、流速Uの方向、
すなわち、流向をも求めることができる。
u=1/√2(U 1 +U 2 ), v=1/√2(U 1 −U 2 )...(7) Therefore, the above-mentioned projected flow velocity vector U 1 ,
If U 2 is found, horizontal and vertical components u and v of the flow velocity U are
can be obtained, and by extension, the direction of the flow velocity U,
In other words, the flow direction can also be determined.

一方、LDVプローブ内の光学マスク13のピ
ンホールを第9図示のように配置して各レーザビ
ームB1〜B3を形成すれば、上述した成分流速ベ
クトルU1,U2を求めることができ、したがつて、
本発明プローブを用いて流体流速Uの水平・垂直
成分u、vを求めたり、あるいは、流速Uの方向
すなわち流向を求めたりすることも、第9図示の
構成配置によるピンホールマスクを用いれば可能
となる。
On the other hand, if the pinholes of the optical mask 13 in the LDV probe are arranged as shown in Figure 9 to form each of the laser beams B 1 to B 3 , the component flow velocity vectors U 1 and U 2 described above can be obtained. , therefore,
Using the probe of the present invention, it is possible to determine the horizontal and vertical components u and v of the fluid flow velocity U, or to determine the direction of the flow velocity U, by using a pinhole mask with the configuration shown in Figure 9. becomes.

なお、流速Uの方向すなわち流向は、予めつぎ
の事項が判つていなければ求めることができな
い。すなわち、第11図において、矢印にて示す
流速Uの方向の変化が著しくなく、水平方向を挾
む双方の投影方向PP1とPP2とがなす直角領域内
にその流体Uの方向が納まつている限りにおいて
はその流向を求ることができる。その反面、上述
したところから判るように、第9図に示したレー
ザビームB1,B2を含む面を予め水平方向に設定
し、また、レーザビームB2,B3を含む面を予め
垂直方向に設定しておいても、上述した流速Uの
水平垂直成分u、vを直接に検出し得るようには
ならない。
Note that the direction of the flow velocity U, that is, the flow direction, cannot be determined unless the following matters are known in advance. In other words, in FIG. 11, there is no significant change in the direction of the flow velocity U indicated by the arrow, and the direction of the fluid U is within the perpendicular region formed by both projection directions PP 1 and PP 2 that sandwich the horizontal direction. As long as there is a current, the direction of the flow can be determined. On the other hand, as can be seen from the above, the plane containing the laser beams B 1 and B 2 shown in FIG. 9 is set horizontally, and the plane containing the laser beams B 2 and B 3 is set vertically. Even if it is set in the direction, the horizontal and vertical components u and v of the flow velocity U described above cannot be directly detected.

つぎに、本発明マイクロLDVプローブを用い
た流速測定系の第6図に示した全体構成における
上述した主要部に続く他の構成要素について引続
き詳述するに、前述したマイクロLDVプローブ
4と、レーザビームB1,B3がそれぞれ入射する
ように配置した受光用のシングルモード光フアイ
バ6a,6bをそれぞれ内挿した例えば外径1mm
とする2本の金属パイプとを支持枠18により適
切に離隔して支持し、被測定流体中にて任意の方
向に移動させて各測定点における流速測定データ
を順次にプロツトし得るようにする。
Next, other components subsequent to the above-mentioned main parts in the overall configuration shown in FIG. 6 of the flow rate measurement system using the micro LDV probe of the present invention will be explained in detail. For example, single mode optical fibers 6a and 6b for receiving light are inserted so that the beams B 1 and B 3 are incident thereon, respectively, with an outer diameter of 1 mm.
The two metal pipes are supported by a support frame 18 with appropriate separation, and are moved in any direction in the fluid to be measured so that the flow velocity measurement data at each measurement point can be sequentially plotted. .

しかして、受光用光フアイバ6a,6bにより
導いた受光成分を光電子増倍管7a,7bにより
増幅した後検波して光強度変化を電圧信号に変換
するが、双方の増倍特性をほぼ同一としておくの
が好適であり、また、各変換出力電圧信号中のド
ツプラー効果に基づくビート周波数成分を抽出す
る帯域通過フイルタ8a,8b、並びに、それら
の成分のビート周波数を電圧信号に変換する各周
波数―電圧変換器9a,9bも、それぞれ、ほぼ
同一特性とするのが好適である。
The light components guided by the light-receiving optical fibers 6a and 6b are amplified by photomultiplier tubes 7a and 7b, and then detected and the changes in light intensity are converted into voltage signals, but it is assumed that the multiplication characteristics of both are almost the same. Also, bandpass filters 8a and 8b extract the beat frequency components based on the Doppler effect in each converted output voltage signal, and each frequency converts the beat frequencies of these components into voltage signals. It is also preferable that the voltage converters 9a and 9b have substantially the same characteristics.

さらに、それらの変換出力電圧信号を演算器1
7に導いてデータ処理を施すにあたり、仮に、光
電子増幅管7aにはレーザビームB1の方向の受
光成分が供給され、また、光電子増倍管7bには
レーザビームB3の方向の受光成分が供給される
ものとすると、前者からは投影流速ベクトルU1
に比例したビート周波数の光強度変化成分が検出
され、また、後者からは投影流速ベクトルU2
比例したビート周波数の光強度変化成分が検出さ
れるので、各周波数―電圧変換器9a,9bの各
変換出力電圧信号もそれぞれ投影流速ベクトル
U1,U2に比例した電圧を呈する。したがつて、
それらの変換出力電圧V1,V2は、それぞれつぎ
の(8)式によつて表わされ、さらに、前述した水
平・垂直成分u、vをも求めることができ、√2
+v2=Uとして、流体流速U自体も求めることが
できる。
Furthermore, those converted output voltage signals are converted to the arithmetic unit 1
7 and perform data processing, suppose that the photomultiplier tube 7a is supplied with the received light component in the direction of the laser beam B1 , and the photomultiplier tube 7b is supplied with the received light component in the direction of the laser beam B3 . From the former, the projected flow velocity vector U 1
Since the light intensity change component of the beat frequency proportional to U2 is detected, and from the latter , the light intensity change component of the beat frequency proportional to the projected flow velocity vector U2 is detected. Each converted output voltage signal also has a projected flow velocity vector.
It exhibits a voltage proportional to U 1 and U 2 . Therefore,
Those converted output voltages V 1 and V 2 are respectively expressed by the following equations (8), and the horizontal and vertical components u and v mentioned above can also be found, and √ 2
The fluid flow velocity U itself can also be determined by setting +v 2 =U.

つぎに、本発明マイクロLDVプローブの具体
的構成の例を、各構成要素に分解して光軸方向に
展開した状態にして、第12図に示す。図示の構
成例においては、前述した構成のシングルモード
光フアイバ3の先端部におけるケーブル被覆を除
去してポリアミド被覆層3dを露出させ、さら
に、その先端部における被覆層3eおよび3dを
も除去してクラツド部3bを露出させる。かかる
状態の光フアイバ3の先端部をコネクタ21に挿
入して露出ポリアミド被覆層3dの先端を中間の
隔壁21aに固定するとともに、そのコネクタ2
1の前半部に嵌合させたシリンダ22の後半部に
露出クラツド部3bを挿入してその先端を中間の
隔壁22aに固定する。かかる状態にてシリンダ
22内に固定した光フアイバ3におけるシングル
モードのコア部3aの先端開口より放射された拡
散レーザ光12は、シリンダ22の内周面に到達
する前に、シリンダ22の先端に後述するように
装着した減光フイルム23に遭遇する。この減光
フイルム23は、後続の光学マスク13および集
光レンズ系24と順次に重ねて密着させ、シリン
ダ22の先端部に嵌合するキヤツプ25内に収容
してその先端部に圧着接合させてあり、さらに、
そのキヤツプ25の先端には、前述したプリズム
19を、例えばエポキシ系の接着剤により接着し
てある。なお、コネクタ21、シリンダ22およ
びキヤツプ25は、試作実験に際しては真鍮製と
したが、その構成材料は、被測定流体媒質との化
学反応を惹起しないものであれば、任意の材料と
することができる。
Next, an example of a specific configuration of the micro LDV probe of the present invention is shown in FIG. 12 in a state where it is disassembled into each component and expanded in the optical axis direction. In the illustrated configuration example, the cable coating at the tip of the single mode optical fiber 3 having the above-described configuration is removed to expose the polyamide coating layer 3d, and the coating layers 3e and 3d at the tip are also removed. The cladding portion 3b is exposed. The tip of the optical fiber 3 in such a state is inserted into the connector 21, and the tip of the exposed polyamide coating layer 3d is fixed to the intermediate partition wall 21a, and the connector 2
The exposed cladding part 3b is inserted into the rear half of the cylinder 22 fitted to the front half of the cylinder 1, and its tip is fixed to the intermediate partition wall 22a. In this state, the diffused laser beam 12 emitted from the tip opening of the single-mode core portion 3a of the optical fiber 3 fixed in the cylinder 22 is emitted from the tip of the cylinder 22 before reaching the inner peripheral surface of the cylinder 22. A light-reducing film 23 attached as described below will be encountered. This light-attenuating film 23 is successively overlapped with the subsequent optical mask 13 and condensing lens system 24 in close contact with each other, housed in a cap 25 that fits into the tip of the cylinder 22, and bonded to the tip by pressure. Yes, and furthermore,
The aforementioned prism 19 is bonded to the tip of the cap 25 using, for example, an epoxy adhesive. Although the connector 21, cylinder 22, and cap 25 were made of brass in the prototype experiment, they may be made of any material as long as it does not cause a chemical reaction with the fluid medium to be measured. can.

前述したように、光フアイバ3から放射した拡
散光により照射する減光フイルム23は、測定点
にて散乱光となるレーザビームB2に対して参照
光とするレーザビームB1,B3の強度をほぼ1/5に
減光させるための濃度フイルタの作用をなすもの
であり、適度に感光させたネガフイルムを現像し
て所要の減光量を得るようにするのが好適であ
る。また、この減光フイルム4には、後述する光
学マスク13に設けた3個のピンホールのうち、
直角二等辺三角形の直角頂点に位置するピンホー
ルに対向して小孔23aを開け、光フアイバ3か
らの拡散光を減光せずに通過させてレーザビーム
B2とする。
As described above, the light attenuation film 23 irradiated with the diffused light emitted from the optical fiber 3 has the intensity of the laser beams B 1 and B 3 used as the reference lights relative to the laser beam B 2 that becomes the scattered light at the measurement point. It acts as a density filter to attenuate the light by approximately 1/5, and it is preferable to develop a suitably exposed negative film to obtain the required amount of attenuation. Also, in this light attenuation film 4, among the three pinholes provided in the optical mask 13, which will be described later,
A small hole 23a is opened opposite the pinhole located at the right-angled vertex of the right-angled isosceles triangle, and the diffused light from the optical fiber 3 is passed through without being attenuated to form a laser beam.
Let it be B 2 .

上述した減光フイルム23に接して設ける光学
マスク13には、第13図に示すような構成配置
にして3個のピンホールP1〜P3を設けることは
従来と同様であるが、前述したように、本発明に
よる光学マスク13においては、それら3個のピ
ンホールP1〜P3をすべて同一径、例えば0.1mmに
形成し、それぞれレーザビームB1〜B3の形成に
用いること前述したとおりである。この光学マス
ク13は、例えば外径1.6mmに形成してキヤツプ
25に収容する。
The optical mask 13 provided in contact with the above-described light-reducing film 23 is provided with three pinholes P 1 to P 3 in the configuration shown in FIG. 13, as in the conventional case. As described above, in the optical mask 13 according to the present invention, all three pinholes P 1 to P 3 are formed to have the same diameter, for example, 0.1 mm, and are used to form the laser beams B 1 to B 3 , respectively. That's right. This optical mask 13 is formed to have an outer diameter of 1.6 mm, for example, and is housed in the cap 25.

上述の光学マスク13に接して設ける集光レン
ズ系24は、3本のレーザビームB1〜B3を測定
点Pに集光させる凸レンズの作用をなすものであ
り、例えば市販の対物レンズを削つて外径を縮小
し、キヤツプ25に収容する。試作実験において
は焦点距離5.0mmのものを使用した。
The condensing lens system 24 provided in contact with the above-mentioned optical mask 13 functions as a convex lens that condenses the three laser beams B 1 to B 3 onto the measurement point P. For example, it can be used by cutting a commercially available objective lens. Then, the outer diameter is reduced and housed in the cap 25. In the prototype experiment, a lens with a focal length of 5.0 mm was used.

上述の各構成要素を組合わせて、例えば、外径
2.0mm、全長27.0mmの円柱状に構成した本発明マ
イクロLDVプローブ20の先端には、前述した
ように、小型のプリズム19を接着して全体を水
密にシールし、被測定流体媒質の浸入を防止す
る。この小型プリズム19は、キヤツプ25に接
するプリズム面を例えば2mm×2mmに形成し、各
レーザビームB1〜B3をほぼ直角に屈折させる反
射斜面には、例えばアルミ蒸着を施して鏡面にす
る。このプリズム19から放射されて測定点Pを
通過した参照ビームB1,B3の直進方向に設けた
受光用光フアイバ6a,6bにより参照光と散乱
光とを受光してデータ処理系に導くこと前述した
とおりである。
By combining each of the above components, for example, the outer diameter
As mentioned above, the small prism 19 is glued to the tip of the micro LDV probe 20 of the present invention, which is configured in a cylindrical shape with a length of 2.0 mm and a total length of 27.0 mm, to seal the entire body watertight and prevent the infiltration of the fluid medium to be measured. To prevent. The small prism 19 has a prism surface in contact with the cap 25 of, for example, 2 mm x 2 mm, and the reflecting slopes that refract the laser beams B 1 to B 3 at approximately right angles are made into mirror surfaces by, for example, vapor deposition of aluminum. The reference beam and the scattered light are received by the light-receiving optical fibers 6a and 6b provided in the straight direction of the reference beams B1 and B3 emitted from the prism 19 and passed through the measurement point P, and guided to the data processing system. As mentioned above.

上述のように構成する本発明マイクロLDVプ
ローブは、接着剤を用いて封止してあるので、常
温から著しく相違しない温度範囲の流体環境であ
れば、常圧から0.1気圧までの範囲での使用が可
能であり、また、使用するシングルモード光フア
イバは、直径10mm程度の円柱に巻付けてもその機
能を害なわない可撓性を有しているので、本発明
プローブの流体中における設置の態様はかなり自
由に選択することができ、ただ、受光用光フアイ
バと組合わせて設置する必要がある点で制約を受
ける。
The micro LDV probe of the present invention configured as described above is sealed with adhesive, so it can be used in a fluid environment with a temperature range that does not differ significantly from room temperature, from normal pressure to 0.1 atm. In addition, the single mode optical fiber used is flexible enough that its function will not be impaired even if it is wrapped around a cylinder with a diameter of about 10 mm, making it easy to install the probe of the present invention in a fluid. The mode can be selected quite freely, but is limited in that it must be installed in combination with a light-receiving optical fiber.

効 果 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ばつぎのような顕著な効果が得られる。
Effects As is clear from the above explanation, according to the present invention, the following remarkable effects can be obtained.

すなわち、従来のLDVプローブは、密度が急
変する層流の境界面近傍における流速の測定に際
しては境界面まで5mm程度しか接近し得なかつた
が、本発明プローブは格段に小型化が進んでいる
ので、境界面まで1mm程度に接近して、測定点近
傍の流れに影響を与えることなく、直交2成分の
流速を測定することができる。しかも、本発明プ
ローブによる測定誤差は、プローブの位置設定に
生ずる誤差を下廻わるので、測定データの信頼性
も向上している。
In other words, when measuring the flow velocity near the interface of a laminar flow where the density changes rapidly, the conventional LDV probe could only get close to the interface by about 5 mm, but the probe of the present invention is much more compact. , the flow velocity of two orthogonal components can be measured without affecting the flow near the measurement point by approaching the boundary surface to within 1 mm. Moreover, since the measurement error caused by the probe of the present invention is less than the error caused in the position setting of the probe, the reliability of the measurement data is also improved.

一方、従来のLDVプローブにおいては、参照
光用レーザビームと流速のドツプラー効果を受け
る散乱光用レーザビームとの強度差を得るのに、
ビーム形成用ピンホールの径を異ならせていたた
めに、測定結果の不明確さという問題があつた
が、本発明プローブにおいては、ピンホール径は
すべて同一にして、減光フイルムの使用によつて
所要の強度差を得ているので、かかる従来の問題
を解消し得ている。
On the other hand, in conventional LDV probes, in order to obtain the intensity difference between the reference laser beam and the scattered light laser beam, which is subject to the Doppler effect of the flow velocity,
Because the diameters of the beam forming pinholes were different, there was a problem that the measurement results were unclear, but in the probe of the present invention, all the pinhole diameters are the same and the diameter reduction film is used. Since the required strength difference is obtained, this conventional problem can be solved.

さらに、従来のLDVプローブにおいては、マ
ルチモード光フアイバを使用していたので、光フ
アイバの屈曲、揺れ等により伝送光の強度分布の
むらが変化してノイズ発生の原因となつていた
が、本発明プローブにおいては、シングルモード
光フアイバを使用しているので、単に小型化が進
められただけではなく、信号対ノイズ比等の測定
信号の質も著しく向上している。
Furthermore, since conventional LDV probes use multimode optical fibers, the intensity distribution of the transmitted light changes due to bending or shaking of the optical fibers, causing noise generation. Since the probe uses a single mode optical fiber, it has not only been made smaller, but also the quality of the measurement signal, such as the signal-to-noise ratio, has been significantly improved.

さらに、本発明プローブにおけるシングルモー
ド光フアイバの使用は、かかる信号対ノイズ比の
向上のみならず、直径2mmという流れをほとんど
乱さない程度にまでLDVプローブの小型化を可
能にしたので、密度境界面近傍の流速など、従来
は測定不可能であつた流速データの入手も可能と
なつた。かかる流速データの実測例として、、塩
水層の上を淡水層が流れる成層流における密度境
界面上4mmの位置に本発明プローブを設置して測
定した流速データを第14図に示す。図示の流速
データのうち、上段は測定点近傍の界面変動を記
録したものであり、その界面変動に伴う主流方向
流速uの変動を中段に示し、主流に直交する方向
の流速vの変動を下段に示してある。なお、図示
の流速データは、帯域通過フイルタを介して後述
する原測定データからノイズを除去したものであ
り、界面変動に応じた流速u、vの変動の状態を
明瞭に測定し得ている。かかる密度境界近傍にお
ける流速の直交2成分の測定データは従来は得ら
れておらず、本発明プローブの使用により、密度
界面近傍にて生じる乱流の発生の態様の解明が可
能となつた。本発明によるかかる流体力学的に重
要かつ新規な測定データの入手可能性は、他の幾
多の技術分野についても期待することができる。
Furthermore, the use of a single-mode optical fiber in the probe of the present invention not only improves the signal-to-noise ratio, but also makes it possible to miniaturize the LDV probe to a diameter of 2 mm that hardly disturbs the flow. It has also become possible to obtain flow velocity data that was previously impossible to measure, such as nearby flow velocity. As an example of actual measurement of such flow velocity data, FIG. 14 shows flow velocity data measured by installing the probe of the present invention at a position 4 mm above the density boundary surface in a stratified flow in which a freshwater layer flows above a saltwater layer. Of the flow velocity data shown, the upper row records interface fluctuations near the measurement point, the middle row shows the fluctuations in the flow velocity u in the mainstream direction due to the interface fluctuations, and the lower row shows the fluctuations in the flow velocity v in the direction perpendicular to the mainstream. It is shown in Note that the illustrated flow velocity data is obtained by removing noise from the original measurement data described later through a bandpass filter, and clearly measures the state of fluctuations in the flow velocities u and v in response to interface fluctuations. Measurement data of two orthogonal flow velocity components near such a density boundary has not been previously obtained, and the use of the probe of the present invention has made it possible to elucidate the manner in which turbulence occurs near the density interface. The availability of such hydrodynamically important and novel measurement data according to the present invention can also be expected for numerous other technical fields.

本発明によるLDVプローブの超小型化の他の
重要な効果としては、測定点における参照光ビー
ムと散乱光ビームとの交叉角が極めて微小となつ
たために、ドツプラー効果による流速測定に必要
なそれら2光ビームの一方が、例えば密度界面領
域から外れるおそれがなくなり、LDV素子の測
定精度が著しく向上するとともに良質の光信号が
得られるようになつた点である。例えば、同一測
定条件下にて従来のLDVプローブによつて得た
測定出力電圧の原波形と本発明マイクロLDVプ
ローブによつて得た測定出力電圧の原波形とを対
比して第15図aとbとにそれぞれ示す。図から
明らかなように、本発明プローブによる測定デー
タの精度は従来に比して格段に高く、また、ノイ
ズレベルは格段に低くなつている。
Another important effect of the ultra-miniaturization of the LDV probe according to the present invention is that the intersection angle between the reference light beam and the scattered light beam at the measurement point has become extremely small. There is no longer a risk that one of the light beams will deviate from the density interface region, for example, and the measurement accuracy of the LDV element has been significantly improved, and a high-quality optical signal can now be obtained. For example, the original waveform of the measured output voltage obtained by a conventional LDV probe and the original waveform of the measured output voltage obtained by the micro LDV probe of the present invention under the same measurement conditions are compared and shown in Figure 15a. b and are shown respectively. As is clear from the figure, the accuracy of the measurement data obtained by the probe of the present invention is much higher than that of the conventional probe, and the noise level is also much lower.

本発明マイクロLDVプローブの超小型化によ
り、狭い領域の流速測定、界面近傍流速の近接測
定、良質測定データの高精度化がいずれも可能と
なつたがために、あらゆる分野における流速測定
結果の格段の改善が期待され、例えば土木工学や
海洋学の分野における計測手法に大きい変革をも
たらし得るとともに、従来は不可能に近かつたプ
ラズマや有害ガス流の流速測定、あるいは、深海
の流速測定等も有効に行なうことが可能となる。
例えば、プラズマの流速測定については、従来
は、幾重にもプラズマを覆つた硝子板を介して非
接触型LDVにより測定していたために良好な測
定信号が得られていなかつたが、本発明によれ
ば、LDVプローブをプラズマに極近接させて良
質の測定信号を得ることができる。
The ultra-miniaturization of the micro LDV probe of the present invention makes it possible to measure flow velocity in a narrow area, to measure flow velocity near an interface, and to obtain high-quality measurement data with high accuracy, which greatly improves flow velocity measurement results in all fields. It is expected that this will lead to major changes in measurement methods in the fields of civil engineering and oceanography, for example, and it will also be possible to measure currents of plasma and harmful gas flows, which were previously impossible, and to measure currents in the deep sea. It becomes possible to do this effectively.
For example, regarding the measurement of plasma flow velocity, conventionally it was difficult to obtain a good measurement signal because it was measured using a non-contact LDV through a glass plate covering the plasma in multiple layers, but with the present invention, For example, the LDV probe can be brought very close to the plasma to obtain high quality measurement signals.

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

第1図はLDVプローブ型流速測定系の概略構
成を示すブロツク線図、第2図および第3図はレ
ーザドツプラー流速測定の原理をそれぞれ模式的
に示す斜視図および側面図、第4図は同じくその
測定原理を模式的に示すベクトル図、第5図は従
来のLDVプローブにおけるレーザビーム形成用
光学マスクの構成を示す正面図、第6図は本発明
マイクロLDVプローブを用いた流速測定系の全
体構成を示すブロツク線図、第7図aおよびbは
本発明マイクロLDVプローブに用いる光フアイ
バの構造例をそれぞれ示す正面図および側面図、
第8図は本発明マイクロLDVプローブの作用を
模式的に示す斜視図、第9図は同じくその流速測
定用レーザビームの構成配置の例を示す線図、第
10図は同じくその流速測定の動作原理を模式的
に示す線図、第11図は同じくその測定結果の流
速ベクトルの構成を模式的に示す線図、第12図
は本発明マイクロLDVプローブの詳細構成の例
を展開して示す斜視図、第13図は同じくその光
学マスクの構成例を示す正面図、第14図は同じ
くその流速測定結果の例を示す信号波形図、第1
5図aおよびbは従来および本発明によるLDV
プローブを用いた流速測定結果の例をそれぞれ示
す信号波形図である。 1……レーザ光源、2……レンズ系、3……光
フアイバ、3a……コア部、3b……クラツド
部、3c……シリコン被覆層、3d……ポリアミ
ド被覆層、4……マイクロLDVプローブ、5…
…流体、6,6a,6b……受光用光フアイバ、
7……検波器、8,8a,8b……帯域通過フイ
ルタ、9……信号解析器、9a,9b……周波数
―電圧変換器、10……表示器、11……記録
器、12……拡散光、13……光学マスク、14
……散乱用レーザビーム、15a,15b……参
照用レーザビーム、16,16a,16b……受
光用光フアイバ、17……演算器、、18……支
持器、19……プリズム、20……ケース、21
……コネクタ、21a,22a……隔壁、22…
…シリンダ、23……減光フイルム、23a……
小孔、24……集光レンズ系、25……キヤツ
プ、P……測定点。
Figure 1 is a block diagram showing the schematic configuration of the LDV probe type flow velocity measurement system, Figures 2 and 3 are perspective and side views schematically showing the principle of laser Doppler flow velocity measurement, and Figure 4 is Similarly, a vector diagram schematically showing the measurement principle, Fig. 5 is a front view showing the configuration of the optical mask for laser beam formation in the conventional LDV probe, and Fig. 6 is a diagram of the flow velocity measurement system using the micro LDV probe of the present invention. A block diagram showing the overall configuration; FIGS. 7a and 7b are a front view and a side view respectively showing a structural example of an optical fiber used in the micro-LDV probe of the present invention;
Fig. 8 is a perspective view schematically showing the action of the micro LDV probe of the present invention, Fig. 9 is a diagram showing an example of the configuration and arrangement of the laser beam for measuring the flow velocity, and Fig. 10 is the same operation for measuring the flow velocity. FIG. 11 is a diagram schematically showing the principle, FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the flow velocity vector as a result of the measurement, and FIG. 12 is a perspective view showing an expanded example of the detailed configuration of the micro LDV probe of the present invention. 13 is a front view showing an example of the configuration of the optical mask, and FIG. 14 is a signal waveform diagram showing an example of the flow velocity measurement results.
Figure 5 a and b are LDVs according to the conventional and the present invention.
FIG. 6 is a signal waveform diagram showing examples of flow velocity measurement results using a probe. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Laser light source, 2... Lens system, 3... Optical fiber, 3a... Core part, 3b... Clad part, 3c... Silicon coating layer, 3d... Polyamide coating layer, 4... Micro LDV probe , 5...
...Fluid, 6, 6a, 6b... Optical fiber for light reception,
7... Wave detector, 8, 8a, 8b... Bandpass filter, 9... Signal analyzer, 9a, 9b... Frequency-voltage converter, 10... Display, 11... Recorder, 12... Diffused light, 13... Optical mask, 14
... Laser beam for scattering, 15a, 15b ... Laser beam for reference, 16, 16a, 16b ... Optical fiber for light reception, 17 ... Arithmetic unit, 18 ... Supporter, 19 ... Prism, 20 ... case, 21
...Connector, 21a, 22a...Bulkhead, 22...
...Cylinder, 23...Dimmer film, 23a...
Small hole, 24...Condenser lens system, 25...Cap, P...Measurement point.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 光源からのレーザ光を案内する光フアイバ
と、小孔を有してその小孔を通過する一部を除き
前記光フアイバの端末開口からの拡散光を減光さ
せる減光フイルムと、前記光フアイバの光軸の延
長との交点からほぼ等距離にて直角の頂点が前記
減光フイルムの前記小孔に対向する直角二等辺三
角形の各頂点にそれぞれ位置するほぼ同一径の3
個のピンホールを有する光学マスクと、前記光軸
の延長上に中心を有して前記光学マスクにおける
前記3個のピンホールをそれぞれ通過した3本の
光束を流速測定点に集光する集光レンズと、その
集光レンズと前記流速測定点との間に介在して前
記3本の光束をほぼ直角に屈折させるプリズムと
を備え、前記3本の光束の相互間に作用するドツ
プラー効果により前記流速測定点における流体の
流速を測定し得るように構成したことを特徴とす
る流速測定用プローブ。 2 前記光フアイバをシングルモードにて作用さ
せるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の流速測定用プローブ。 3 前記減光マスクにより前記拡散光をほぼ1/5
に減光させるようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項または第2項記載の流速測定用プ
ローブ。
[Scope of Claims] 1. An optical fiber that guides laser light from a light source, and an attenuator that has a small hole and attenuates the diffused light from the end opening of the optical fiber except for a portion that passes through the small hole. Approximately equal diameters located at respective vertices of a right-angled isosceles triangle whose perpendicular vertices face the small holes of the light-reducing film at approximately equal distances from the intersection of the optical film and the extension of the optical axis of the optical fiber. No. 3
an optical mask having three pinholes, and a light condenser that focuses three beams of light that are centered on an extension of the optical axis and have passed through the three pinholes in the optical mask onto a flow velocity measurement point. The lens includes a prism that is interposed between the condensing lens and the flow rate measurement point and refracts the three light beams at approximately right angles, and the Doppler effect acting between the three light beams allows the A probe for measuring flow velocity, characterized in that it is configured to be able to measure the flow velocity of a fluid at a flow velocity measurement point. 2. The flow rate measuring probe according to claim 1, wherein the optical fiber is configured to operate in a single mode. 3 The light attenuation mask reduces the diffused light by approximately 1/5.
3. The flow rate measuring probe according to claim 1, wherein the probe is configured to reduce the light intensity.
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