レーザ・フォトサーマル効果による流速と濃度の同時計測

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62550180
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中谷 登 大阪大学, 工学部, 講師 (10029085)
• Keywords: レーザによる流れの計測 / レーザ・フォトサーマル効果 / 流速計測 / ガス濃度の計測 / 速度と濃度の同時計測

Research Abstract

レーザを集光し、流体中の局所領域に照射する。光ー熱変換によって発生した微小屈折率変化(フォトサーマル効果)を高感度ヘテロダイン干渉プローブ光によって、検出した。
光源としては、前年度作製したCO_2レーザを用い、メキャニカル・チヨッパでパルス光にして照射した。ガスとしては、エチレンと空気の混合ガスを用いて、ガス濃度(ガス検出器で検出)を変えて干渉プローブによって検出した。
作製したCO_2レーザの発振ライン観測のため、赤外回折格子分光器を作製して、用いた。
共振器を冷却水の温度安定化によって、レーザ縦モード発振ラインP20に安定化できることを確かめた。
発振線の安定化によって、濃度とヘテロダイン干渉プローブによる検出位相の間の直線関係を求めることができた。本方法により濃度が低い場合の局所濃度を求めることができる。
濃度一定の時、検出位相の時間変化の実験値は、熱拡散の項を考慮して計算した値より小さくなった。これは、計算値が2次元的な仮定をおいているためと考えられる。今後3次元的な熱拡散を考慮して計算する必要がある。
速度計測については、CO_2レーザ集光点からプローブ光を後流にずらして、タイムフライト法を用いて測定し、層流について、測定流量から換算した、流速と本実験で測定した値が一致することを確かめた。
速度と濃度の同時計測については、タイムフライト法により速度を求め、濃度については、検出位相の曲線の立ち上がりの直線部の勾配を速度補正して、求めることができる。今後の課題としては、本方法の乱流領域への適用、空間分布計測などが上げられる。

Research Products

• [Publications] 中谷,稲垣,山田,阪部: 第6回流体計測シンポジウム論文集、計測自動制御学会. 35-40 (1989)
• [Publications] N.Nakatani;J.Inagaki;T.Yamada;T.Sakabe: Proc.of the 3rd Inter.Conference on Laser Anemometry-Advances and Applications,Wales. (1989)
• [Publications] 中谷,門口,稲垣,山田,阪部: 第49回応用物理学会学術講演会予稿集. 3. 896 (1988)