LDAによる管内液流の瞬間流量計測 開発の経過1 開発の経過2 従来の

開発の経過１
ＬＤＡによる管内液流の瞬間流量計測
･株式会社 オリンピア技研 代表取締役
守下 柳三
･エネルギーシステム工学講座 第二研究室
小保方 富夫
株式会社司測研 技術部
小山 哲司
開発の経過２
• 平成12年度：群馬県商品化・事業化可能性調査補
助金を受ける （オリンピア技研・司測研・群馬大学）
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燃料噴射率制御は直噴エンジン開発の要点
従来Bosch式が標準，しかしオフライン計測
エンジン取り付け状態で噴射率を測定したい
LDA式瞬間流量計がある．
しかし，全長は約3ｍになり，現場で使えない
半導体レーザーを使い小型ポータブル化
群馬大学で基礎研究を推進
関連論文発表5編
従来の噴射率計測
LDA瞬間流量計のポータブル化と商品化
• 平成14年度共同研究：北関東産官学研究会補助金
（オリンピア技研） 小型レーザドップラ式流量計
用信号処理器の開発
• 小保方富夫・石間経章・（株）オリンピア技研，特願
2001-215845，特開2003-028689，レーザー流速
計式ポータブル型管内瞬間流量計
Bosch式噴射率計
LDA瞬間流量計
レーザードップラー流速計（LDA）の原理
LDA flow rate measurement
Low-pressure pump
Shifter
Fuel tank
Beam splitter
Sending lens
High-pressure
pump
Photomultiplier
He-Ne Laser
Injection time controller
Glass pipe section
High-pressure fuel injector
Quartz pipe: length 300mm and diameter 3.5mm
流量測定の原理
測定例
wP
wz
U r, t f
ª
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U « p0 ¦ pn e inZt C.C.»
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(1)
(2)
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V t V(t)
Velocity profiles at the cross
section in the pipe under
sinusoidal laminar flow.
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(3)
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(4)
S R 2 ¨¨ R 2 p0
U r { 0, t 噴射圧力:
p = 5 MPa
噴射周波数:
f = 22 Hz
噴射期間:
W = 4 ms
特徴
• 非接触の光学測定
• 流体抵抗がない状態で流量測定
• 瞬間流量を実時間でモニターできる
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透明の直管が必要
散乱用粒子の添加が必要
装置一式が複雑で費用もかかる
ある程度の習熟が必要
日刊工業新聞
2001年10月30日
紹介記事
上毛新聞
2001年11月10日
紹介記事
桐生タイムス 2001年10月27日 紹介記事
日刊工業新聞
2002年7月23日
紹介記事
日刊工業新聞 2004年3月16日 紹介記事
装置の外観
LDIRM ：Laser Doppler Injection Rate Meter
実験状況
システム構成
光学系の構成
計測流体
信号処理装置(BSA 等)
PC
センサユニット
流速データ
制御ユニット
PC
流量計算ソフト
流量計算
装置範囲
主要諸元
検知方法
レーザドップラ流速計
光学系方式
差動光方式，前方散乱検出
シフト方式
回転回折格子 (シフト周波数0.9∼1.0 MHz)
計測可能範囲
-1∼8 m/s
耐圧
10MPa
計測管
材質：透明石英管φ3.5×φ6×150mm
測定体積
131μm×28μm (L×D) 参考値
信号フィルタ
ハイパスフィルタ，ローパスフィルタ
アンプ周波数特性
10MHz
信号出力
出力インピーダンス 50Ω
使用環境
-5∼40℃ (結露なきこと)
電源
AC100V 50Hz １A
期待される用途
• 内燃機関の燃料噴射率
（瞬時流速，瞬時流量，積算流量）
• 油圧機器の動特性計測
（瞬時流速，圧力変動）
• メディカル・バイオレロジー
（瞬時流速，瞬時流量，流量制御）
• 化学工学機器・半導体製造装置
（瞬時流量，流量制御）
ディーゼル
５分割噴射
の測定例
吸気管燃
料噴射の
測定
Dr.Ismailov
今後の課題
間欠流量測定
心拍脈動流
Roller
OUT
Nylon tube
IN
• PC組み込み専用信号処理器の開発
（LabViewで試作済）
• オンラインモニター化
（統合ソフト処理）
• さらなる小型化
（懐中電灯サイズ）
• 取り扱いの容易化
（誰でも直ぐに使える）