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光ファイバープローブ気泡計測装置及び方法 コモンズ

国内特許コード P09P006445
整理番号 ShIP-7095G-ST02
掲載日 2009年10月1日
出願番号 特願2008-058885
公開番号 特開2009-216476
登録番号 特許第5115927号
出願日 平成20年3月10日(2008.3.10)
公開日 平成21年9月24日(2009.9.24)
登録日 平成24年10月26日(2012.10.26)
発明者
  • 齋藤 隆之
  • 真田 俊之
  • 松下 尚記
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 光ファイバープローブ気泡計測装置及び方法 コモンズ
発明の概要

【課題】 光ファイバープローブを用いた気泡計測において、気泡弦長、気泡径、界面速度、気泡体積率等を正確に求めるために、プローブ先端と気泡との接触状態も併せて検出することができる。
【解決手段】 ファイバー軸に垂直な方向に対して少なくとも一部が傾斜している第1端面2,3を有する光ファイバーからなり、第1端面が液体中に配置されている光ファイバープローブ1と、光ファイバーの第1端面とは反対側の第2端面6から光を供給する光供給手段8と、光供給手段により供給された光が第1端面で反射して第2端面に戻ってくる、反射光量を計測する反射光量計測手段12と、反射光量の計測結果に基づいて液体中の気泡を計測する信号処理手段と、を有する気泡計測装置であって、信号処理手段は、第1端面が気泡に接触する前に発生する反射光量のプレシグナルに基づいて、第1端面と気泡との接触状態を判定する手段をさらに有する。
【選択図】 図6

従来技術、競合技術の概要


従来、光ファイバープローブを液体中で気液二相流の主流方向に向けて配置し、該光ファイバープローブ内の反射光量の変化を検出することで、気泡を計測する技術が知られている。しかしながら、従来の気泡計測技術においては、気泡界面速度及び気泡弦長の同時計測するためには複数本のプローブを所定間隔離して配置して使用しなければならなかった。しかし、そのような多点プローブでは幾何学的形状の制約により、計測可能な最小気泡径に限界があった。そこで、そのような課題を解決すべく、本発明者は特許文献1に開示されているような単一プローブによる気泡計測方法及び装置を開発した。この気泡計測技術は、ファイバー軸に垂直な方向に対して傾斜している端面を有する光ファイバーを気泡検出用プローブとして用い、測定対象物である気泡が該端面を通過する際の該端面で反射される光量の変化を計測し、その計測結果に基づいて該気泡の並進速度、界面速度、気泡弦長及び/又は気泡体積率を同時に求めるものであるが、プローブと気泡との接触位置の判別ができず、高精度な気泡計測は困難であった。



特許文献1のほか、従来技術として特許文献2がある。特許文献2も特許文献1と同様に、本発明者らによる従来技術である。この文献には先端面が傾斜したファイバーを用いて気泡の並進速度、界面速度、気泡弦長及び気泡体積率を測定する気泡検出用プローブが記載されている。

【特許文献1】特開2000-136962号公報

【特許文献2】特開2006-226703号公報

産業上の利用分野


本発明は、原子炉、バイオリアクター、熱交換器、気液反応装置等の気体と液体が混在する流動現象を有する全ての産業機器に対して、その装置内における気泡速度、気泡弦長、気泡体積率等を同時かつ高精度に計測できる装置及び方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
ファイバー軸に垂直な方向に対して少なくとも一部が傾斜している第1端面を有する光ファイバーからなり、前記第1端面が液体中に配置されている光ファイバープローブと、
前記光ファイバーの第1端面とは反対側の第2端面から光を供給する光供給手段と、
前記光供給手段により供給された光が前記第1端面で反射して前記第2端面に戻ってくる、反射光量を計測する反射光量計測手段と、
前記反射光量の計測結果に基づいて前記液体中の気泡を計測する信号処理手段と、を有する気泡計測装置であって、
前記信号処理手段は、前記第1端面が前記気泡に接触する前に発生する前記反射光量のプレシグナルに基づいて、前記第1端面と前記気泡との接触状態を判定する手段をさらに有する、
気泡計測装置。

【請求項2】
前記光ファイバープローブは、近接配置された複数の光ファイバーからなり、
前記信号処理手段は、前記複数の光ファイバーからの反射光量の計測結果に基づき、前記第1端面と前記気泡との接触状態を判定し、前記液体中の気泡を計測する、
請求項1記載の気泡計測装置。

【請求項3】
前記光ファイバープローブは、近接配置された2本の光ファイバーからなり、
前記2本の光ファイバーは、それぞれの第1端面の傾斜している方向が互いに反対方向になるように背中合わせに配置されており、
前記信号処理手段は、前記2本の光ファイバーからの反射光量の両方でプレシグナルが検出された場合に、前記液体中の気泡を計測する、
請求項2記載の気泡計測装置。

【請求項4】
前記信号処理手段は、前記液体中の気泡の気泡弦長、気泡径、界面速度、気泡体積率のうち少なくとも2つを同時計測する、
請求項1乃至3いずれか記載の気泡計測装置。

【請求項5】
ファイバー軸に垂直な方向に対して少なくとも一部が傾斜している第1端面を有する光ファイバーからなり、前記第1端面が液体中に配置されている光ファイバープローブを用い、
前記光ファイバーの第1端面とは反対側の第2端面から光を供給する光供給工程と、
前記光供給工程により供給された光が前記第1端面で反射して前記第2端面に戻ってくる、反射光量を計測する反射光量計測工程と、
前記第1端面が前記気泡に接触する前に発生する前記反射光量のプレシグナルに基づいて、前記第1端面と前記気泡との接触状態を判定する接触状態判定工程と、
前記接触状態判定工程の判定結果と、前記反射光量の計測結果とに基づいて前記液体中の気泡を計測する気泡計測工程と、を有する
気泡計測方法。
産業区分
  • 試験、検査
  • 原子力
  • 光学装置
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008058885thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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