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レーザドップラー流速測定方法及び装置 UPDATE 新技術説明会

国内特許コード P130010130
整理番号 S2013-0925-N0
掲載日 2013年12月10日
出願番号 特願2013-194241
公開番号 特開2015-059856
登録番号 特許第6191000号
出願日 平成25年9月19日(2013.9.19)
公開日 平成27年3月30日(2015.3.30)
登録日 平成29年8月18日(2017.8.18)
発明者
  • 八賀 正司
  • 寺西 恒宣
  • 石田 弘樹
  • 秋口 俊輔
  • 安東 嗣修
  • 高田 洋吾
出願人
  • 独立行政法人国立高等専門学校機構
  • 国立大学法人富山大学
発明の名称 レーザドップラー流速測定方法及び装置 UPDATE 新技術説明会
発明の概要 【課題】レーザドップラー方式による簡単な光学系及び装置により、2次元的に広い範囲を効率的に測定可能なレーザドップラー流速測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源12からのレーザ光Lを分岐するビーム分割素子14と、分岐されたレーザ光L1,L2を面状の薄いシート光Ls1,Ls2にするシート光形成光学系21,22,23,24を有する。分岐した各シート光Ls1,Ls2を、その面同士が重なるように同一面上で互いに交差させる集光光学系18を備える。シート光Ls1,Ls2が交差した交差領域Dでの流体内の粒子pによる散乱光を、2次元的に結像させる結像光学系26を備える。結像光学系26の結像位置にある受光素子32と、受光素子32に入射した散乱光を電気信号に変換する光電変換素子40を有する。レーザ光Lがドップラー周波数シフトした交差領域Dでの流体の流速を、光電変換素子40毎に演算する演算手段48を備える。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



非接触で、圧力損失の無い計測方法である点計測LDV(Laser Doppler

Velocimeter)法は、密度・粘土の影響を受けることなく、高応答、高精度、高分解能にて、KHzオーダーの非定常流れにおける速度分布の計測が可能であり、従来広く用いられている流速測定方法である。





この点計測LDV法は、1本のレーザ光をビームスプリッタ及びミラーにより二本の強度の等しい平行なビームに分け、アクロマティックレンズによって集光させ、集光させた二つのビームの交差点を測定点として、この点を通過するシーディング粒子の速度を測定する方法である。





しかしながら、この点計測LDV法は、流れ場を点で測定するため、情報量が非常に少なく、高精度に測定することが難しいという問題があった。そこで、本願発明者は、非特許文献1、2に示すような、流れ場を多点同時に計測可能とした線計測LDV法を開発した。





線計測LDV法は、1本のレーザ光をキューブビームスプリッタおよびミラーにより2本の強度の等しい平行なビームに分け、アクロマティックレンズによって集光させ、集光させる途中でロッドレンズを用い2枚の平行光の平面光にした後、各平面光を交差させるものである。各平面光は、進行方向と直交する方向であって、各平面の幅方向が平行になるようにして各平面光を交差させる。これにより、各平面光の面が交差した交差線が、測定点列となり、この交差線で干渉縞が生成され交差線上に粒子が通過することによりドップラー信号を持った散乱光が得られる。その散乱光をアバランシェフォトダイオード(APD:Avalanche Photo Diode)に導き、APDにより光信号から電気信号に変換し、FFT(Fast Fourier Transform)処理を行うことにより、粒子の流速を算出するものである。本願発明者は、この計測方法の利用例として、特許文献1に開示された、レーザドップラー血流測定方法及びその測定を開発し、特許された。

産業上の利用分野



この発明は、多点同時に流速を測定可能なレーザドップラー方式により流速を測定するレーザドップラー流速測定方法及び装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
レーザ光源からのレーザ光を分岐して、分岐された各レーザ光を面状の薄いシート光にして、その面同士が重なるように同一面上で互いに交差させ、
前記シート光が交差した交差領域での流体内の粒子による散乱光を面状の受光部に結像させて、その結像位置で2次元的に配置された複数の受光素子に入射させ、
前記受光素子に入射した前記各散乱光であって、ドップラー周波数シフトした散乱光を、光電変換素子により電気信号に変換し、
前記レーザ光のドップラー周波数シフトした前記散乱光により、前記流体の流速を前記光電変換素子毎に演算することを特徴とするレーザドップラー流速測定方法。

【請求項2】
前記シート状のレーザ光の前記交差領域を、前記交差領域と交差する方向に走査して、前記交差領域の流速を3次元的に求める請求項1記載のレーザドップラー流速測定方法。

【請求項3】
レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を分岐するビーム分割素子と、前記ビーム分割素子により分岐されたレーザ光を面状の薄いシート光にするシート光形成光学系と、分岐した前記各シート光をその面同士が重なるように同一面上で互いに交差させる集光光学系と、前記シート光が交差した交差領域での流体内の粒子による散乱光を2次元的に結像させる結像光学系と、前記結像光学系の結像位置に配置された複数の受光素子と、前記受光素子に入射した前記散乱光を電気信号に変換する光電変換素子と、前記レーザ光がドップラー周波数シフトした前記交差領域での前記流体の流速を、前記電気信号を基にして前記光電変換素子毎に演算する演算手段とを備えたことを特徴とするレーザドップラー流速測定装置。


【請求項4】
前記結像光学系は、前記シート光の前記交差領域の面に対して直交する方向に光軸を有して配置された請求項3記載のレーザドップラー流速測定装置。

【請求項5】
前記受光素子は、平面上に光電変換素子が一体的に配置された固体撮像素子から成る請求項4記載のレーザドップラー流速測定装置。

【請求項6】
前記ビーム分割素子と前記シート光形成光学系から成る光学系の中に、音響光学素子を設けた請求項3記載のレーザドップラー流速測定装置。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2013194241thum.jpg
出願権利状態 登録


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