(57)【要約】【課題】周波数スペクトルにおけるピーク周波数を明確に特定することができ、そのピーク周波数に基づいて流体中の粒子の速度を演算することができる技術を提供する。【解決手段】処理装置が、受光装置から出力された信号をフーリエ変換して第１の周波数スペクトルを生成し、生成された第１の周波数スペクトルを式（１）によって変換して第２の周波数スペクトルを生成し、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数に基づいて流体中の粒子の速度を演算する。【選択図】図７
2019082396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管を流れる流体中の粒子の速度を計測する計測装置であって、
前記管を流れる流体に向かって進行する第１のレーザー光と、第１のレーザー光と異なる方向から前記管を流れる流体に向かって進行する第２のレーザー光を照射するレーザー光照射装置と、
前記レーザー光照射装置から照射された第１のレーザー光と第２のレーザー光が前記管を流れる流体中の粒子に当たることによって生じる散乱光を受光する受光装置と、
処理装置を備えており、
前記受光装置が、前記管を流れる流体中の粒子によって生じた散乱光を受光するとその散乱光の強さに応じた信号を出力し、
前記処理装置が、前記受光装置から出力された信号をフーリエ変換して第１の周波数スペクトルを生成し、生成された第１の周波数スペクトルを下記の式（１）によって変換して第２の周波数スペクトルを生成し、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数に基づいて流体中の粒子の速度を演算する、計測装置。
【数５】
2019082396.tif 000007
ただし、上記の式（１）において、
fiは、第１の周波数スペクトルにおける任意の周波数であり、
fmaxは、第１の周波数スペクトルにおける最大周波数であり、
Viは、第１の周波数スペクトルにおいて横軸を周波数としたときの、任意の周波数（fi）に対応する縦軸の値であり、
Piは、第２の周波数スペクトルにおいて横軸を周波数としたときの、任意の周波数（fi）に対応する縦軸の値であり、
αは、任意の係数である。
【請求項２】
前記受光装置が、受光素子と、前記受光素子と前記管の間に形成されている中空の光通過孔を備えており、
前記光通過孔が、前記管から前記受光素子に向かう方向に延びており、前記管を流れる粒子によって生じた散乱光が前記光通過孔を通過して前記受光素子に入射する、請求項１に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、管を流れる流体中の粒子の速度を計測する計測装置が開示されている。特許文献１の計測装置は、管を流れる流体に向けて超音波ビームを照射する送信機と、送信機から照射された超音波ビームが管を流れる流体中の粒子に当たって散乱することによって生じる超音波エネルギーを受信する受信機を備えている。特許文献１の計測装置では、受信機が超音波エネルギーを受信すると、それに応じた信号が出力される。また、この計測装置では、超音波エネルギーの受信に応じて出力された信号がフーリエ変換されて周波数スペクトルが生成される。そして、生成された周波数スペクトルを処理部が解析することによって、管を流れる流体中の粒子の速度が計算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５１２６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流体中の粒子の速度を計測する計測装置では、処理部が周波数スペクトルを解析してその周波数スペクトルにおけるピーク周波数を特定し、特定したピーク周波数に基づいて流体中の粒子の速度を演算することがある。しかしながら、従来技術では周波数スペクトルにおけるピーク周波数を明確に特定することができない場合があった。例えば従来技術では、図１２に示すように、周波数スペクトルにおける横軸（周波数）に対する縦軸（例えば電圧）の値が大きく変化する部分２０１（いわゆる崖と呼ばれる部分）が出現することがあるが、縦軸のピークの値が出現せず、ピーク周波数を明確に特定できないことがあった。この原因は、管を流れる流体中には無数の粒子が存在しており、それら無数の粒子のそれぞれが個別の速度を有しているからであると考えられる。粒子を含む流体が速度分布を持たず同じ速度で移動する場合には、周波数スペクトルには一個のピークが検出される。その一個のピークの尖鋭の程度は粒子の散乱状態に大きく左右される。周波数スペクトル解析に基づく速度の検出ではそのピークの尖鋭の度合いが精度を決める要因となる。管を流れる流体のように管内で低速度から高速度の速度分布を有するような流体の流れの場合は、一個のピークは検出されない。管を流れる流体の速度を検出する際には、速度分布のなかで、低速ではなく、最高速度の部分の速度を検出することが重要である。この最高速度の部分は周波数スペクトルでは、いわゆる崖と呼ばれる部分２０１として出現する。この崖と呼ばれる部分２０１の値を明確に特定することが最高速度の検出の精度を高めることになる。従って、管を流れる流体の速度を正確に計測するためには、ある断面形状を有する管（例えば真円の管）において最高速度（断面が真円の場合、管の中心部の速度）を検出することが管を流れる流体の速度を正確に測定するために重要である。そこで本明細書は、周波数スペクトルにおけるピーク周波数を明確に特定することができ、そのピーク周波数に基づいて流体中の粒子の速度を演算することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する計測装置は、管を流れる流体中の粒子の速度を計測する。この計測装置は、前記管を流れる流体に向かって進行する第１のレーザー光と、第１のレーザー光と異なる方向から前記管を流れる流体に向かって進行する第２のレーザー光を照射するレーザー光照射装置と、前記レーザー光照射装置から照射された第１のレーザー光と第２のレーザー光が前記管を流れる流体中の粒子に当たることによって生じる散乱光を受光する受光装置と、処理装置を備えている。前記受光装置が、前記管を流れる流体中の粒子によって生じた散乱光を受光するとその散乱光の強さに応じた信号を出力し、前記処理装置が、前記受光装置から出力された信号をフーリエ変換して第１の周波数スペクトルを生成し、生成された第１の周波数スペクトルを下記の式（１）によって変換して第２の周波数スペクトルを生成し、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数に基づいて流体中の粒子の速度を演算する。
【数１】
2019082396.tif 000003
ただし、上記の式（１）において、fiは、第１の周波数スペクトルにおける任意の周波数であり、fmaxは、第１の周波数スペクトルにおける最大周波数であり、Viは、第１の周波数スペクトルにおいて横軸を周波数としたときの、任意の周波数（fi）に対応する縦軸の値であり、Piは、第２の周波数スペクトルにおいて横軸を周波数としたときの、任意の周波数（fi）に対応する縦軸の値であり、αは、任意の係数である。
【０００６】
この構成によれば、フーリエ変換によって生成された第１の周波数スペクトルを処理装置が式（１）によって変換して第２の周波数スペクトルを生成する。これによって、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数を明確にすることができる。すなわち、処理装置がフーリエ変換を実行して第１の周波数スペクトルを生成するだけでは、ピーク周波数を明確に特定することができない場合がある。この原因は、管を流れる流体中には無数の粒子が存在しており、それら無数の粒子のそれぞれが個別の速度を有しているからであると考えられる。しかしながら、上記の構成によれば、処理装置がフーリエ変換を実行した後に、式（１）による変換を実行するので、周波数スペクトルを重み付けによって補正することができ、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数が明確に出現するようになる。これによって、ピーク周波数を明確に特定することができ、そのピーク周波数に基づいて流体中の粒子の速度を演算することができる。そのため、流体中の粒子の速度を精度良く演算することができる。
【０００７】
上記の計測装置において、前記受光装置が、受光素子と、前記受光素子と前記管の間に形成されている中空の光通過孔を備えていてもよい。前記光通過孔が、前記管から前記受光素子に向かう方向に延びており、前記管を流れる粒子によって生じた散乱光が前記光通過孔を通過して前記受光素子に入射してもよい。
【０００８】
この構成によれば、受光装置が光通過孔を通過した散乱光のみを受光することができ、受光装置が周囲から余分な光を受光することを抑制できる。そのため、流体中の粒子の速度を精度良く演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例に係る計測装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係る受光装置の概略構成を示す図である。
【図３】実施例に係る受光素子の概略構成を示す側面図である。
【図４】実施例に係る受光素子の概略構成を示す平面図である。
【図５】実施例に係る計測装置のブロック図である。
【図６】実施例に係る第１変換処理を説明する図である。
【図７】実施例に係る第２変換処理を説明する図である。
【図８】光通過孔の一例を示す平面図である。
【図９】光通過孔の他の一例を示す平面図である。
【図１０】光通過孔の更に他の一例を示す平面図である。
【図１１】他の実施例に係る計測装置の概略構成を示す図である。
【図１２】従来技術に係る周波数スペクトルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施例に係る計測装置１について図面を参照して説明する。実施例に係る計測装置１は、図１に示すように、透明な管６１に固定されて使用される。計測装置１は、固定具６２によって管６１に固定されている。管６１内には流路６０が形成されており、その流路６０に流体Ｆが流れている。流体Ｆは管６１の軸方向（長手方向）に沿って流れている。
【００１１】
管６１を流れる流体Ｆ中には無数の粒子Ｒが存在している。図１には代表として１個の粒子Ｒが示されている。無数の粒子Ｒは流体Ｆ中に拡散して存在している。無数の粒子Ｒの中には、例えば、管６１内の流路６０の中心部を通過する粒子Ｒもあれば、流路６０の周縁部を通過する粒子Ｒもある。また、無数の粒子Ｒの速度は様々であり、速度が速い粒子Ｒもあれば、速度が遅い粒子Ｒもある。一般的に、層流の場合、管６１内の流路６０の中心部を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度が、流路６０の周縁部を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度よりも速くなる。流路６０の中心部を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度が最も速くなる。計測装置１は、管６１内の流路６０を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを計測する装置である。流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを計測することによって、流体Ｆの流速を知ることができる。
【００１２】
管６１内の流路６０を流れる流体Ｆは、例えば血液である。流体Ｆ中の粒子Ｒは、例えば血液中の赤血球である。計測装置１によって血液中の赤血球の速度を計測することができる。これによって、血液の流速を知ることができる。医療現場では、患者の体内を流れる血液を体外に送り出し、体外に送り出した血液を再び体内に送り戻す体外循環が行われることがある。この体外循環では、体外循環用の管が患者の血管に接続され、患者の血管を流れる血液が体外循環用の管に流入し、体外循環用の管を流れた血液が再び患者の血管に戻される。実施例に係る計測装置１によって体外循環用の管６１を流れる血液（流体Ｆ）中の赤血球（粒子Ｒ）の速度ｖを計測することができる。
【００１３】
図１に示すように、計測装置１は、レーザー光照射装置２と、受光装置３と、処理装置９を備えている。レーザー光照射装置２は、発光素子２１と、コリメーターレンズ２２と、回折格子２３と、第１のミラー２４１と、第２のミラー２４２を備えている。
【００１４】
発光素子２１は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）である。発光素子２１は、コリメーターレンズ２２と対向するように配置されている。発光素子２１は、コリメーターレンズ２２に向けてレーザー光Ｌを発光する。発光素子２１が発光したレーザー光Ｌがコリメーターレンズ２２に入射する。発光素子２１は、回折格子２３と第１のミラー２４１及び第２のミラー２４２との間に配置されている。発光素子２１は、第１のミラー２４１及び第２のミラー２４２が配置されている方向とは反対側にレーザー光Ｌを発光する。
【００１５】
コリメーターレンズ２２は、発光素子２１と回折格子２３の間に配置されている。コリメーターレンズ２２は、発光素子２１が発光したレーザー光Ｌを平行光にして出射する。コリメーターレンズ２２から出射したレーザー光Ｌ（平行光）は、回折格子２３に入射する。
【００１６】
回折格子２３は、コリメーターレンズ２２と対向するように配置されている。回折格子２３は、可動式になっており、移動装置２５によって回折格子２３を移動させることができる。移動装置２５は、回折格子２３と第１のミラー２４１及び第２のミラー２４２との間の距離を変えることができる。移動装置２５は、例えば機械式の装置であり、ボルトを回すことによって回折格子２３を上下動させることができる。回折格子２３を上下動させることによって、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が後述するように流路６０に入射したときに、それらが流路６０内で交差する点の位置を調節することができる。また、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が交差する点を上下方向に連続的に動かすこともできる。
【００１７】
回折格子２３は、光の回折を利用して回折格子２３に入射したレーザー光Ｌを第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２に分ける。回折格子２３は、反射型の回折格子である。回折格子２３に入射したレーザー光Ｌが回折格子２３で反射するときに第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２に分かれる。発光素子２１が発光したレーザー光Ｌが回折格子２３で反射することによって第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２に分かれる。
【００１８】
回折格子２３によって生じた第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、異なる方向に進行する。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、発光素子２１とコリメーターレンズ２２を結ぶ線に関して線対称になるように進行する。図１に示す例では、第１のレーザー光Ｌ１が右斜め上方に向かって進行し、第２のレーザー光Ｌ２が左斜め上方に向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１が第１のミラー２４１に向かって進行し、第２のレーザー光Ｌ２が第２のミラー２４２に向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１の波長と第２のレーザー光Ｌ２の波長は同じ波長である。また、第１のレーザー光Ｌ１の周波数と第２のレーザー光Ｌ２の周波数は同じ周波数である。
【００１９】
第１のミラー２４１と第２のミラー２４２は、回折格子２３と管６１の間に配置されている。第１のミラー２４１と第２のミラー２４２は、互いに向かい合っている。回折格子２３によって生じた第１のレーザー光Ｌ１が第１のミラー２４１に入射し、第２のレーザー光Ｌ２が第２のミラー２４２に入射する。第１のミラー２４１は第１の反射面４３を備えている。第２のミラー２４２は第２の反射面４４を備えている。第１の反射面４３と第２の反射面４４は、互いに向かい合っている。第１の反射面４３では、第１のミラー２４１に入射した第１のレーザー光Ｌ１が反射する。第２の反射面４４では、第２のミラー２４２に入射した第２のレーザー光Ｌ２が反射する。
【００２０】
第１のミラー２４１の第１の反射面４３で反射した第１のレーザー光Ｌ１は、管６１内の流路６０に入射する。また、第２のミラー２４２の第２の反射面４４で反射した第２のレーザー光Ｌ２も、管６１内の流路６０に入射する。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が、管６１内の流路６０を流れる流体Ｆに向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、互いに異なる方向から流体Ｆに向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１は、流路６０の下流側から流体Ｆに向かって進行する。第２のレーザー光Ｌ２は、流路６０の上流側から流体Ｆに向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が互いに異なる方向から流体Ｆに照射される。流路６０の流れる流体Ｆ中の粒子Ｒに第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が照射される。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、流路６０内で互いに重なり合い干渉する。
【００２１】
管６１内の流路６０には流体Ｆ（例えば血液）が流れており、流体Ｆ中には無数の粒子Ｒ（例えば赤血球）が存在している。流路６０に入射した第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が流体Ｆ中の粒子Ｒに当たると、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が散乱する。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、互いに異なる方向から粒子Ｒに当たる。第１のレーザー光Ｌ１は、流路６０の下流側（粒子Ｒの進行方向側）から粒子Ｒに当たる。一方、第２のレーザー光Ｌ２は、流路６０の上流側（粒子Ｒの進行方向と反対側）から粒子Ｒに当たる。
【００２２】
第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱すると散乱光が生じる。第１のレーザー光Ｌ１が粒子Ｒで散乱することによって第１の散乱光Ｐ１が生じる。また、第２のレーザー光Ｌ２が粒子Ｒで散乱することによって第２の散乱光Ｐ２が生じる。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２の散乱によって生じた第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２は、様々な方向に向かって進行する。
【００２３】
第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が粒子Ｒで散乱するときに、ドップラーシフトによってそれぞれの周波数が変化する。第１のレーザー光Ｌ１の散乱で生じた第１の散乱光Ｐ１の周波数ｆ１は、第１のレーザー光Ｌ１の周波数と異なる周波数である。また、第２のレーザー光Ｌ２の散乱で生じた第２の散乱光Ｐ２の周波数ｆ２は、第２のレーザー光Ｌ２の周波数と異なる周波数である。また、第１の散乱光Ｐ１の周波数ｆ１と第２の散乱光Ｐ２の周波数ｆ２は、互いに異なる周波数である。
【００２４】
第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２の散乱によって生じた様々な散乱光のうち、受光装置３に向かって進行する第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２を受光装置３が受光する。受光装置３は、管６１とレーザー光照射装置２の間に配置されている。受光装置３は、流路６０と対向するように配置されている。受光装置３は、固定具（図示省略）によってレーザー光照射装置２に固定されている。
【００２５】
図２に示すように、受光装置３は、受光素子３１と、遮光性の箱体３８を備えている。受光素子３１は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）である。箱体３８内に受光素子３１が配置されている。
【００２６】
箱体３８は、前壁３８ａと、後壁３８ｂと、一対の側壁３８ｃ、３８ｃを備えている。前壁３８ａは、管６１（図２には図示せず）と受光素子３１の間に配置されている。後壁３８ｂは、受光素子３１とレーザー光照射装置２（図２には図示せず）の間に配置されている。一対の側壁３８ｃ、３８ｃは、前壁３８ａと後壁３８ｂの間に配置されている。箱体３８の後壁３８ｂに受光素子３１が固定されている。箱体３８の前壁３８ａは受光素子３１から離れた位置に配置されている。前壁３８ａには中空の光通過孔３５が形成されている。
【００２７】
光通過孔３５は、管６１（図２には図示せず）と受光素子３１の間に形成されている。光通過孔３５は、管６１から受光素子３１に向かう方向（図２の上下方向）に延びている。光通過孔３５は、入射口３６と出射口３７を備えている。管６１を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒによって生じた第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が光通過孔３５の入射口３６から光通過孔３５に入射する。管６１内の流路６０から受光素子３１に向かって進行する第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が光通過孔３５に入射する。光通過孔３５に入射した第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２は、光通過孔３５を通過して、光通過孔３５の出射口３７から出射する。出射口３７から出射した第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が受光素子３１に入射する。受光素子３１は、第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が干渉して重なり合った干渉散乱光を受光する。
【００２８】
図３及び図４に示すように、受光素子３１は、有効受光領域３１２と受光面３１３を備えている。有効受光領域３１２は、受光素子３１の中央部に形成されている。有効受光領域３１２は、入射する光を電気信号に変換することができる領域である。受光素子３１は、有効受光領域３１２に入射する干渉散乱光を有効に受光することができる。受光面３１３は、有効受光領域３１２の表面である。受光素子３１は、受光面３１３に入射する干渉散乱光を受光することができる。受光素子３１は、干渉散乱光を受光すると、その干渉散乱光の強さに応じた電気信号を出力する。本実施例では、受光素子３１は、干渉散乱光の強さに応じた電圧値を出力する。
【００２９】
図５に示すように、処理装置９は、発光素子２１と受光素子３１に電気的に接続されている。処理装置９は、発光素子２１が発光するレーザー光Ｌと、受光素子３１が受光する干渉散乱光（第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が重なり合った光）に基づいて、管６１を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを演算する。処理装置９は、ドップラーシフトに基づく演算方法によって粒子Ｒの速度ｖを演算する。
【００３０】
次に、処理装置９が粒子Ｒの速度ｖを演算する処理の一例について説明する。上述したように、計測装置１では、受光装置３の受光素子３１が、干渉散乱光を受光するとその干渉散乱光の強さに応じた電圧値を出力する。受光素子３１から出力される信号は、図６に示すように、時間と電圧の関係で示すことができる。処理装置９は、受光素子３１から出力される信号を受信する。
【００３１】
続いて処理装置９は、受光素子３１から出力された信号をフーリエ変換する第１の変換処理を実行する。処理装置９は、第１の変換処理を実行して第１の周波数スペクトルを生成する。第１の周波数スペクトルは、図６に示すように、周波数と電圧の関係で示すことができる。処理装置９は、例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザーによってフーリエ変換を行うことができる。フーリエ変換は、時間の関数を周波数の関数に変換することができる手法である。フーリエ変換については、よく知られているので詳細な説明を省略する。
【００３２】
続いて処理装置９は、図７に示すように、第１の変換処理によって生成された第１の周波数スペクトルを下記の式（１）によって変換する第２の変換処理を実行する。処理装置９は、第２の変換処理を実行して第２の周波数スペクトルを生成する。ただし、下記の式（１）において、fiは、第１の周波数スペクトルにおける任意の周波数である。また、fmaxは、第１の周波数スペクトルにおける最大周波数である。また、Viは、第１の周波数スペクトルにおける任意の周波数（fi）に対応する強さの値である。すなわち、Viは、第１の周波数スペクトルにおいて横軸を周波数としたときの、任意の周波数（fi）に対応する縦軸の値である。また、Piは、第２の周波数スペクトルにおける任意の周波数に対応する強さの値である。すなわち、Piは、第２の周波数スペクトルにおいて横軸を周波数としたときの、任意の周波数（fi）に対応する縦軸の値である。第２の周波数スペクトルは、周波数と電圧レベルの関係で示すことができる。αは、任意の係数である。αは、例えば予め実験的に求めておくことができる。なお、下記の式（１）を展開すると式（１）´となる。
【数２】
2019082396.tif 000004
【数３】
2019082396.tif 000005
【００３３】
続いて処理装置９は、第２の変換処理によって生成された第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数に基づいて粒子Ｒの速度ｖを演算する。処理装置９は、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数を用いて、下記の式（２）によって粒子Ｒの速度ｖを演算することができる。ただし、下記の式（２）において、fpeakは、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数である。ピーク周波数は、第２の周波数スペクトルにおいて最も高い電圧レベルに対応する周波数である。また、その近傍の周波数をピーク周波数としてもよい。また、ｖは、管６１を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度である。また、λは、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２の波長である。また、θは、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２の交差角度の１／２の角度である（図１参照）。
【数４】
2019082396.tif 000006
【００３４】
以上の説明から明らかなように、実施例に係る計測装置１は、管６１を流れる流体Ｆに向かって進行する第１のレーザー光Ｌ１と、第１のレーザー光Ｌ１と異なる方向から管６１を流れる流体Ｆに向かって進行する第２のレーザー光Ｌ２を照射するレーザー光照射装置２を備えている。また、計測装置１は、レーザー光照射装置２から照射された第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が管６１を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒに当たることによって生じる干渉散乱光を受光する受光装置３と、処理装置９を備えている。受光装置３が、管６１を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒによって生じた干渉散乱光を受光するとその干渉散乱光の強さに応じた信号（例えば電圧値）を出力する。また、処理装置９が、受光装置３から出力された信号をフーリエ変換して第１の周波数スペクトルを生成し（図６参照）、生成された第１の周波数スペクトルを下記の式（１）によって変換して第２の周波数スペクトルを生成し（図７参照）、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数に基づいて流体中の粒子の速度を演算する。
【００３５】
この構成によれば、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数を明確にすることができる。すなわち、処理装置９がフーリエ変換を実行して第１の周波数スペクトルを生成するだけでは、ピーク周波数を明確に特定することができない場合がある。この原因は、管６１を流れる流体Ｆ中には無数の粒子Ｒが存在しており、それら無数の粒子Ｒのそれぞれが個別の速度を有しているからであると考えられる。しかしながら、上記の構成によれば、処理装置９がフーリエ変換を実行した後に、式（１）による変換を実行するので、周波数スペクトルを重み付けによって補正することができ、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数が明確に出現するようになる。（fi/fmax）αで重み付けをすることによってピーク周波数が明確に出現する。これによって、第２の周波数スペクトルにおけるピーク周波数を明確に特定することができ、そのピーク周波数に基づいて流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを演算することができる。そのため、流体Ｆ中の粒子Ｒの速度を精度良く演算することができる。ピーク周波数を明確に特定することができるので、流路６０の中心部を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度を演算することができる。
【００３６】
また、上記の計測装置１では、受光装置３が、受光素子３１と、受光素子３１と管６１の間に形成されている中空の光通過孔３５を備えている。また、光通過孔３５が、管６１から受光素子３１に向かう方向に延びており、管６１を流れる粒子Ｒによって生じた干渉散乱光が光通過孔３５を通過して受光素子３１に入射する。そのため、受光装置３が光通過孔３５を通過した散乱光のみを受光することができ、受光装置３が周囲から余分な光を受光することを抑制できる。そのため、流体Ｆ中の粒子Ｒの速度を精度良く演算することができる。
【００３７】
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
上記の実施例では、受光装置３から出力される信号が電圧値であったが、この構成に限定されるものではなく、受光装置３から電流値が出力されてもよい。
【００３９】
また、上記で説明した光通過孔３５の形状は特に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、光通過孔３５の形状が平面視において円形状であってもよい。または、図９に示すように、光通過孔３５の形状が平面視において多角形状であってもよい。また、図１０に示すように、複数の光通過孔３５が平面視においてスリット状に形成されていてもよい。
【００４０】
また、上記の実施例では、受光装置３の箱体３８が前壁３８ａを備えており、前壁３８ａに光通過孔３５が形成されていたが、この構成に限定されるものではなく、箱体３８が前壁３８ａを備えておらず、箱体３８の前側が開放されていてもよい。よって、光通過孔３５が無くてもよい。
【００４１】
また、計測装置１におけるレーザー光照射装置２の構成は、上記の実施例に限定されるものではない。例えば、レーザー光照射装置２の発光素子２１、第１のミラー２４１、第２のミラー２４２等の配置構成は上記の実施例に限定されるものではない。図１１は、他の実施例に係る計測装置の概略構成を示す図である。図１１に示すように、レーザー光照射装置２は、発光素子２１と、コリメーターレンズ２２と、ビームスプリッタ２６と、第１のミラー２４１と、第２のミラー２４２を備えている。発光素子２１は、管６１の長手方向に対して斜めにレーザー光Ｌを発光する。コリメーターレンズ２２は、発光素子２１が発光したレーザー光Ｌを平行光にして出射する。コリメーターレンズ２２から出射したレーザー光Ｌ（平行光）は、ビームスプリッタ２６に入射する。
【００４２】
ビームスプリッタ２６では、入射したレーザー光Ｌの一部が反射し、他の一部が透過する。ビームスプリッタ２６は、レーザー光Ｌを透過及び反射する。このビームスプリッタ２６をハーフミラーと呼ぶ場合もある。ビームスプリッタ２６で反射したレーザー光Ｌが第１のレーザー光Ｌ１となり、ビームスプリッタ２６を透過したレーザー光Ｌが第２のレーザー光Ｌ２となる。レーザー光Ｌがビームスプリッタ２６で透過及び反射して、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２に分かれる。
【００４３】
ビームスプリッタ２６は、第１のミラー２４１と第２のミラー２４２の間に配置されている。ビームスプリッタ２６で反射したレーザー光Ｌ（第１のレーザー光Ｌ１）は、第１のミラー２４１に向かって進行する。また、ビームスプリッタ２６を透過したレーザー光Ｌ（第２のレーザー光Ｌ２）は、第２のミラー２４２に向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１は、第１のミラー２４１の第１の反射面４３で反射し、その後、管６１内の流路６０に入射する。また、第２のレーザー光Ｌ２は、第２のミラー２４２の第２の反射面４４で反射し、その後、管６１内の流路６０に入射する。このような構成によっても、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２を管６１内の流体Ｆに向かって照射することができる。
【００４４】
上記の実施例では、第１のミラー２４１と第２のミラー２４２を用いていたが、この構成に限定されるものではなく、ミラーに代えて、端面を十分に研磨したガラスブロック等のレーザー光を全反射する部材を用いてもよい。
【００４５】
上記の実施例では、反射型の回折格子２３を用いていたが、この構成に限定されるものではなく、反射型に代えて、透過型の回折格子を用いてもよい。この場合、発光素子２１とコリメーターレンズ２２と透過型の回折格子が並ぶ順序が、図１に示す順序と逆になる（図示省略）。
【００４６】
また、受光装置３及び受光素子３１が配置される位置は特に限定されるものではなく、散乱光を受光することができる位置であればよい。例えば、受光装置３及び受光素子３１が、管６１を挟んで発光素子２１と反対側に配置されていてもよい。また、発光素子２１管６１と受光素子３１が一直線状に並んでいなくてもよい。
【００４７】
上記の実施例では、回折格子２３を上下動させることによって第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が流路６０内で交差する点の位置を調節することができる構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、回折格子２３ではなく、管６１を上下動させることによって第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が交差する点の位置を調節してもよい。あるいは、レーザー光照射装置２の全体を上下動させることによって第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が交差する点の位置を調節してもよい。
【００４８】
上記の実施例では、箱体３８の前壁３８ａに形成されている光通過孔３５が中空の構成であったが、この構成に限定されるものではなく、光通過孔３５に光透過性を有する部材が配置されていてもよい。例えば、光通過孔３５にガラスが充填されていてもよい。
【００４９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５０】
１      ：計測装置
２      ：レーザー光照射装置
３      ：受光装置
９      ：処理装置
２１    ：発光素子
３１    ：受光素子
３５    ：光通過孔
３８    ：箱体
６０    ：流路
６１    ：管
Ｆ      ：流体
Ｌ      ：レーザー光
Ｌ１    ：第１のレーザー光
Ｌ２    ：第２のレーザー光
Ｐ１    ：第１の散乱光
Ｐ２    ：第２の散乱光
Ｒ      ：粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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