ファンフリンジモードLDVを用いた壁面せん断応力測定法の開発

• 研究課題/領域番号: 04650162
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 慶応義塾大学
• 研究代表者: 益田 重明 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (90051664)
• 研究分担者: 小尾 晋之介 慶應義塾大学, 理工学部, 助手 (80233609)
• 研究期間 (年度): 1992
• 研究課題ステータス: 完了 (1992年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 1992年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: 流体計測 / 壁面せん断応力 / ニュートン流体 / 非接触測定

研究概要

壁面せん断応力測定のためのファンフリンジモードLDVの開発の第一歩として、本年度は光学系の設計及び製作と信号処理系を含めた装置の動作検定を行った。
送光部光学系の主な構成要素はレーザー光源(2Wアルゴンイオンレーザ)、ビームスプリッタプリズム、半反射鏡、集光レンズと光学スリットである。当初はレーザ光源から照射されるビームを2本に分割した後に光ファイバによって集光レンズに導くことを計画したが、本年度はビームの集光度と測定体積の光強度との基本的な関係を調べることに重点を置き、送光部光学系はプリズムと反射鏡のみの構成とした。一方、受光系は機動性を高めるために集光レンズ部と光電子増倍管を光ファイバで接続する構成とした。
光学スリットには厚さ2mmの光学ガラス上の0.1μのクロム被膜に電子ビーム感光法により幅1μ、長さ400μのスリットを10μ間隔で2本平行に設けたものを用いた。2本のレーザビームを別々のスリットに集光することが予想以上に困難であったために、本年度は単一のビームをそのままスリット部に照射して測定体積の検証と受光部光学系の動作検定を行うにとどめた。
干渉縞の確認には、スリットを設けた供試壁面に対して垂直な軸の周りを壁面からの任意の距離の平面上で回転させることができる光散乱装置を製作し、壁面からの距離1.2mmから4mmの範囲で散乱光の周波数変化を調べた。その結果、この測定領域での散乱光の周波数は100Hzから285Hzの間で壁面からの距離に比例して直線的に変化し、測定体積中の干渉縞が設計どおりに形成されていることが確認できた。
本年度は動作原理の確認を行なったが、今後、測定体積の光強度を向上するためのスリットへの集光部の改良が最も重要であると考えられる。