1991 Fiscal Year Annual Research Report
パルスレ-ザ・フォトサ-マル効果を用いた流速と温度の同時計測
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02650184
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| Research Institution | Ashiya University |
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Principal Investigator |
中谷 登 芦屋大学, 教育学部, 教授 (10029085)
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| Keywords | レ-ザ・フォトサ-マル効果 / 流速計測 / 温度計測 / ヘテロダイン干渉計 / 外乱除去型干渉計 / 能動型繰り返し反射干渉計 |
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| Research Abstract |
パルスレ-ザを流体中に照射し,吸収による光熱変換(フォト・サ-マル効果)をもちいた。初期の瞬時のガス膨張から発生した音波が生じ,この初期の屈折率変化をその後の熱変換による屈折率変化を高感度ヘテロダイン干渉計,または繰り返し反射干渉計を用いて検出し,温度および流速の同時センシングの基礎的検討を行った。
1.位相検出系の検討 位相変化の測定に2点差動方式の光ファイバ・ヘテロダイン干渉計を用いた。この干渉計は外乱の影響を受けにくく,きわめて高感度の測定が可能であり,空間分解能も高い。現在のところ位相変化応答性は0.1msである。早い位相変化の検出のため,高感度繰り返し反射干渉計の検討を行った。この干渉計は,感度が高い反面,位相変化に対して強度変化が殆どない位相領域があり,ダイナミックレンジが限定されている。この為,ピエゾ素子によりミラ-制御により初期の動作点を感度の良い位相感応領域を設定した。また,半導体レ-ザを用いて,その駆動電流を変化させ,波長変化によって,位相制御を行えることを示した。
2.速度計測の基礎的検討 後期の光熱変換による屈折率変化を用いた。CWCO_2レ-ザと高速度回転メキャニカルチョッパを用いてパルス光を作成し,流体中の局所領域に照射して行った。レ-ザにパルス幅があるため,測定2点に屈折率変化部がまたがり,タイム・フライト方式による速度測定値に誤差を生じる。誤差を理論および実験面から検討したところ,理論解析結果を用いれば,何れの方法も誤差補正が可能である。次に,励起レ-ザとして,自作したTEA型CO_2レ-ザを用いた。レ-ザのパルス幅は約100ns程度であるので,パルス幅による影響はなく,流量計から換算した速度と実験値は一致した。
3.燃焼流温度計測の基礎的検討 励起レ-ザとして自作したTEA型CO_2レ-ザを用いた。発生音波の伝播時間測定は,2点での位相変化測定によるタイム・フライト方式を用いた。燃焼反応によるガス組成変化によって音波の伝播時間の変化は2〜3%程度である。CARS法は,励起準位におけるボルツマン分布を知る必要があるが,本研究の方法はその必要がなく簡便で,容易な方法である。本研究の実用化のためには,今後,安定した強度,ビ-ム形状のレ-ザの使用による伝播時間測定の精度向上基礎的事項の検討を必要とする。
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Research Products
(3 results)
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[Publications] N.Nakatani,T.Oshio,T.Kataoka and K.Kishida: "Simulataneous Measurements of Flow Velocity and Concentration with a Photothermal Velocimeter Using an Optical Fiber Heterodyne Interferometer" Proc.of the 4th Int.Conference on Laser Anemometry,Advances and Applications,Cleveland,ASME. 83-90 (1991)
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[Publications] N.Nakatani,T.Oshio: "Measurements of Flow Velocity and Temperature Using Laser Phototermal Effect with a Multiple Beam Interferometer" Proc.of the 6th Int.Symp.on Application of Laser Techniques to Fluid Mechanics,Lisbon,Instituto Superior Technico. (1992)
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[Publications] N.Nakatani,T.Oshio,J.Inagaki,T.Kataoka and K.Kishida: "A Photohtermal Velocimeter Using an Optical Fiber Heterodyne Interferometer with Differentiation of Phases at Two Points Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics" Springer-Verlag,Berlin, 331-346 (1991)
