多ファイバ型液膜センサの開発

1986 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 60850035
• 研究種目: 試験研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 関西大学
• 研究代表者: 大場 謙吉 関西大, 工学部, 助教授 (30029186)
• 研究分担者: 高田 博史 住友電気工業(株), 研究開発本部, 技師 ; 桜井 篤 関西大学, 工学部, 助手 (50162334) ; 嶋仲 美友 関西大学, 工学部, 助教授 (20067383) ; 内山 寛信 関西大学, 工学部, 助教授 (40067707) ; TAKADA Horoshi Engineer, R & D Group, Sumitomo Electric Industries, Ltd. ; SHIMANAKA Yoshitomo Associate Professor, Kansai University
• 研究期間 (年度): 1985 – 1986
• キーワード: 液膜センサ / 光ファイバセンサ / 気液二相環状流 / 局所液膜厚さ / 液膜波形の同定と推定

研究概要

簡便性と信頼性を兼ね備え、不透明体以外のほとんどあらゆる媒体に適用可能な光ファイバ液膜センサの開発研究を行い、送光ファイバの周りを6本の受光ファイバで取り巻いたワファイバ型と送光ファイバに受光の役割も持たせた単ファイバ型の2種類を製作し、その特性を理論と実験の両面から調ベるとともに、これらのセンサを実際の空気-水系および空気-フレオン系環状二相流に適用して局所液膜厚さを測定した結果、以下の事がわかった。
1.単ファイバセンサの測定理論を作り、その妥当性を反射面として平面鏡と静止液面を用いた模擬実験により確かめた。そして、この単ファイバセンサによって0〜2mmの膜厚が正確に測定できることがわかった。
2.上記の理論に基づいて正弦波状の液膜波に対する単ファイバセンサの応答を計算機によってシミュレートしたところ、本センサは液膜表面の傾き角が零になる場所、すなわち液膜波の山と谷においてのみ信号を出力するので、波形の中で山と谷を識別し、そこでの液膜厚さを正確に瞬時測定できることが明らかになった。
3.実機への適用実験の一つとして、単ファイバセンサを傾斜平板上の流下液膜(水およびフレオンR113)と円管内の鉛直上昇空気-水系環状二相流に適用し、局所液膜厚さを測定した。その結果、上記2の結果を確認でき、よって本センサにより液膜波の全体の形状をほぼ同定できることがわかった。このことは2現象レンズを装着した高速ビデオカメラによって液膜の挙動とセンサ応答出力を同時録画することによって確認された。
4.7ワファイバセンサについて上記と同様の理論的、実験的研究を行い、このセンサは1〜10mmの膜厚の測定ができること、液膜波の山と谷における膜厚と曲率を測定できることおよび波の主曲率の方向を知り、三次元波の形状を推定できることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] Kenkichi Ohba: Proceedings of the 4th Sensor Symposium. 33-37 (1984)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 折口保: 日本機械学会講演論文集. No.854-2. 77-79 (1985)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kenkichi Ohba: Proceedings of the International Symposlum on Fluid Control and Measurement. TS105-1-10 (1985)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kenkichi Ohba: Proceedings of the 5th Sensor Symposium. 63-67 (1985)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 大場謙吉: 日本機械学会構演論文集. No.864-2. 73-76 (1986)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 大場謙吉: 日本機械学会講演論文集. No.874-2. 33-34 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kenkichi Ohba: "Multi-Fiber Optic Liquid Film Sensor. <I> " Proceedings of the 4th Sensor Symposium. 33-37 (1984)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kenkichi Ohba: "Multi-Fiber Optic Liquid Film Sensor for Measurement of Two-Phase Annular and Stratified Flow" Proceedings of the International Symposium on Fluid Control and Measurement. TS1-10 (1985)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kenkichi Ohba: "Multi-Fiber Optic Liquid Film Sensor. <II> " Proceedings of the 5th Sensor Symposium. 63-67 (1985)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hiroya Takada & Kenkichi Ohba: "Fiber Optic Liquid Film Sensor. <IV> " Preprint of the Japan Society of Mechanical Engineers. No.864-2. 73-76 (1986)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hiroya Takada & Kenkichi Ohba: "Fiber Optic Liquid Film Sensor. <V> " Preprint of the Japan Society of Mechanical Engineers. No.874-2. 33-34 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より