CZ2005672A3 - Device for determining position and/or size of at least one spherical body within a measured space of liquid - Google Patents

Device for determining position and/or size of at least one spherical body within a measured space of liquid Download PDF

Info

Publication number
CZ2005672A3
CZ2005672A3 CZ20050672A CZ2005672A CZ2005672A3 CZ 2005672 A3 CZ2005672 A3 CZ 2005672A3 CZ 20050672 A CZ20050672 A CZ 20050672A CZ 2005672 A CZ2005672 A CZ 2005672A CZ 2005672 A3 CZ2005672 A3 CZ 2005672A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
optical system
photodetector
size
optical
measured fluid
Prior art date
Application number
CZ20050672A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ299674B6 (en
Inventor
Hosek@Jan
Original Assignee
Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta strojní
Ústav termomechaniky AV CR
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta strojní, Ústav termomechaniky AV CR filed Critical Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta strojní
Priority to CZ20050672A priority Critical patent/CZ299674B6/en
Publication of CZ2005672A3 publication Critical patent/CZ2005672A3/en
Publication of CZ299674B6 publication Critical patent/CZ299674B6/en

Links

Abstract

Vynález se týká zarízení pro urcení polohy a/nebovelikosti alespon jednoho sférického telesa sférického tvaru v mereném prostoru (4) tekutiny, sestávajícího z fotodetektoru a optické soustavy tvorenými kamerou (3) s objektivem (1), pricemz mezi mereným prostorem (4) tekutiny a fotodetektorem je ohnisková vzdálenost ve dvou rovinách ve vzájemne kolmém smeru, obsahujících optickou osu, ruzná.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for determining the position and / or size of at least one spherical body of a spherical shape in a measured fluid space (4) consisting of a photodetector and an optical system formed by a camera (3) with an objective (1), between the measured fluid space (4) and The photodetector is the focal length of two planes in a mutually perpendicular direction containing the optical axis.

Description

Zařízení pro určení polohy a/nebo velikosti alespoň jednoho sférického tělesa v měřeném prostoru tekutiny.Apparatus for determining the position and / or size of at least one spherical body in a measured fluid space.

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká zařízení pro určení polohy a/nebo velikosti alespoň jednoho sférického tělesa v měřeném prostoru tekutiny, sestávajícího z fotodetektoru a optické soustavy. Předkládar^S)tt měřicí metodu lze zařadit do oblasti technické optiky - využívá bezkontaktního optického měření.The invention relates to a device for determining the position and / or size of at least one spherical body in a measured fluid space consisting of a photodetector and an optical system. Submitter ^ S) tt measurement method can be included in the field of technical optics - it uses contactless optical measurement.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Současným významným problémem průmyslových technologií pracujících s tekutinami je optimalizace přítomnosti cizích fází, zejména bublin, v technologickém systému. Příkladem toho mohou být chemické reaktory, kde pro ideální průběh chemických reakcí je žádáno rovnoměrné rozložení bublin v celém prostoru reaktoru. Na druhé straně jsou průmyslové technologie, kde je přítomnost cizí fáze v médiu nežádoucí a nebo indikující technologický problém, jako například v hydrodynamických strojích nebo sklářském průmyslu. Proto je problému detekce bublin a určování jejich fyzikálních parametrů věnována poslední dobou velká pozornost. Příkladem toho jsou nedávné publikace metod a systémů zabývající se optickým měřením rozměru bublin pomocí kamery s využitím interference [1] , metod Particle Image Velocimetry (PIV) [2], měření tvaru, rychlosti bublin a nebo i rozložení bublin v prostoru opticky pomocí několika nezávislých kamer [3], [4], [5], [6]. Pro tyto účely oblíbená metoda stereo PIV má nevýhody v nutnosti « 6 ( » tThe current significant problem of industrial fluid technologies is the optimization of the presence of foreign phases, especially bubbles, in the process system. An example of this may be chemical reactors where an even distribution of bubbles throughout the reactor space is desired for an ideal course of chemical reactions. On the other hand, there are industrial technologies where the presence of a foreign phase in the medium is undesirable or or indicating a technological problem, such as in hydrodynamic machines or the glass industry. Therefore, the problem of detecting bubbles and determining their physical parameters has been the subject of much attention lately. Recent publications of methods and systems dealing with optical measurement of bubble dimensions using a camera using interference [1], Particle Image Velocimetry (PIV) methods [2], measuring the shape, velocity of bubbles, or even the distribution of bubbles in space optically using several independent cameras [3], [4], [5], [6]. For this purpose, the popular stereo PIV method has the disadvantages of having «6 (» t

V tV t

C í 4 t 4 í « • í · ♦ t * « 4 «44 4 4C 4 4 t 4 «• · * t * 4 4 44 44 4 4

4 4 ť • t 4 t í t4 4 ť • t 4 t t t

4 44 4

4 * « t4 * «t

2používat laserové rozmítače, dvě rychlé kamery a k nim složitý vyhodnocovací systém, což měření velmi prodražuje. Proto posledním trendem vývoje v této oblasti je hledání nových metod měření bublin v prostoru. Takovými novými velmi sofistikovanými metodami je například využití rozptylu světla částicí [7], či použití holografických metod [8], [9] . Avšak tyto metody vyžadují použití koherentního zdroje typu laseru a proto jsou opět velmi drahé. Proto se stéle vyvíjejí další měřicí metody, které by vystačily pouze s jedinou kamerou a jednoduchým osvětlením, kde prostorové rozložení bublin nebo předmětů je počítáno například z časových a optických parametrů obrazu jediné kamery [10], [11] případně pomocí modelu neuronové sítě [12]. Technicky nejbližším principem měření bublin v prostoru k předkládané měřicí metodě je metoda měření pomocí defokusovaného obrazu 3 apertur [13] a dále rozvíjené až do digitální podoby [14]. Nicméně tato metoda pracuje na zcela jiném principu a pro zvýšení citlivosti nepoužívá jen jeden fotodeterktor, ale sérii 3 fotodetekčních prvků, viz patent US 6,278,847.2use laser sweepers, two fast cameras and a complicated evaluation system, which makes the measurement very expensive. Therefore, the latest trend in this area is the search for new methods of measuring bubbles in space. Such new very sophisticated methods are for example the use of particle scattering of light [7] or the use of holographic methods [8], [9]. However, these methods require the use of a coherent laser-type source and are therefore again very expensive. Therefore, other measuring methods are still being developed, which would be sufficient with a single camera and simple lighting, where the spatial distribution of bubbles or objects is calculated, for example, from the temporal and optical parameters of a single camera image [10], [11] ]. The technically closest principle of measuring bubbles in space to the present measuring method is the method using a defocussed image of 3 apertures [13] and further developed to digital form [14]. However, this method works on a completely different principle and uses not only one photodeter, but a series of 3 photodetector elements to increase sensitivity, see US Patent 6,278,847.

[1] Y. Niwa, Y. Kamiya, T. Kawaguchi, M. Maeda, Bubble Sizing by Interferometric Laser Imaging, 10th International Symposium on Application of Laser Technique to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal 2000 [2] R. Lindken, W. Merzkirch, A novel PIV technique for measurement in multi-phase flows and its application to two-phase bubbly flows. 4th International Symposium on Particle Image Velocimetry Gottingen, Germany 2001 [3] I· Leifer, G. de Leeuw, L. H. Cohen, Optical Measurement of Bubbles : System Design and Application. Journal of Atmospheric and Oceán Technology, Vol 20, No 9, pp. 1317-1332, 2003[1] Y. Niwa, Y. Kamiya, T. Kawaguchi, M. Maeda, Bubble Sizing should Interferometric Laser Imaging, 10 th International Symposium on Applications of Laser Technique It Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal 2000 [2] R. Lindken, W. Merzkirch, A novel PIV measurement technique for multi-phase flow and its application to two-phase bubbly flows. 4 th International Symposium on Particle Image Velocimeters Gottingen, Germany 2001 [3] I · Leifer, G. de Leeuw, LH Cohen, Optical Measurement of Bubbles: System Design and Application. Journal of Atmospheric and Ocean Technology, Vol. 1317-1332, 2003

-35 í i. t e r « « » i « « « lij! t t t * « < 9 t · i * « t « í « * » » < ti « » t « « • « t • « t « « t * í [4] Y. H. Hassan, Multiphase Flow Visualisation Utilizing Partical Image Velocimetry (PIV), 2nd Int. Workschop on PIV, Fukui, Japan 1997 [5] M. Rebow, J. Choi, L. G. Chahine, L. S. Ceccio, Experimantal Validation of BEM Code Analysis of Bubble Splitting in a Tip Vortex Flow. llth International Symposium on Flow Visualisition, Notre Dáme, Indiana, USA 2004 [6] D. Bróder, M. Sommerfeld, Experimental studies of hydrodynamics in a bubble clumn by an imaging PIV/PTVsystem. 4th International Symposium on Particle Image Velocimetry Góttingen, Germany 2001 [7] J. A. Guerrero, F. Mendoza Santoyo, D. Mořeno,-35 í i. Ter «« »i« «« lij! ttt * «<9 t · i *« t «í« * »» <ti «» t «« • «t •« t «« t * í [4] YH Hassan, Multiphase Flow Visualization ), 2 nd Int. Workschop on PIV, Fukui, Japan 1997. [5] Rebow M., Choi J., LG Chahine, LS Ceccio, Experimental Validation of BEM Code Analysis of Bubble Splitting in Tip Vortex Flow. II th International Symposium on Flow Visualization, Notre Dame, Indiana, USA 2004 [6] D. Broder, M. Sommerfeld, Experimental studies of hydrodynamics in a bubble clumn by imaging PIV / PTVsystem. 4 th International Symposium on Particle Image Velocimetry Göttingen, Germany 2001 [7] JA Guerrero, F. Mendoza Santoyo, D.

Mfunes-Gallanzi, S Fernandez-Orozco, Particle positioning from CCD images: experimente and comparsion with the generalized Lorenz-Mie theory, Meas. Sci. Technol. 11Mfunes-Gallanzi, S Fernandez-Orozco, Particle positioning from CCD images: experimentation and comparsion with generalized Lorenz-Mie theory, Meas. Sci. Technol. 11

568-575, 2000 [8] Y. Pu, X. Song, H. Meng, Off-axis holographic particle image celocimetry for diagnosting particulate flows, experiment in Fluids, S117-S128, 2000 [9] G. Pan, H. Meng, Digital Holodraphic PIV for 3D flow measurement, IMECE2002-33173, New Orleans, Louisiana, November 17-22, 2002 [10] R. Szeliski, S. B. Kang, Recovering 3D Shape nad Motion from Image Streams Using Non-Linear Least Squares. Digital Equipment Corporation, Cambridge Research Lab, Cambridge, Messachusetts, USA 1993 [11] J. Otero, A. Otero, L. Sanchez, 3D motion estiomation of bubble gas in fluid glass, using an optical flow gradient technique extended to a third dimension. Mashine Vision and Application, Vol 14, pp. 185-19, 2003 [12] K C. O. Crivelaro, P. Seleghim Jr., Detection of Horizontál Two-Phase Flow Patterns Trough a Neural * C « · * ♦ ♦ · · 9 · « · · · < 9» « » « • t «568-575, 2000 [8] Y. Pu, X. Song, H. Meng, Off-axis Holographic Particle Image Celocimetry for Particle Flow Diagnosis, Experiment in Fluids, S117-S128, 2000 [9] G. Pan, H. Meng, Digital Holodraphic PIV for 3D Flow Measurement, IMECE2002-33173, New Orleans, Louisiana, November 17-22, 2002 [10] R. Szeliski, SB Kang, Recovering 3D Shape over Motion from Image Streams Using Non-Linear Least Squares. Digital Equipment Corporation, Cambridge Research Lab, Cambridge, Messachusetts, USA 1993 [11] J. Otero, A. Otero, L. Sanchez, 3D motion estiomation of bubble gas in fluid glass, using an optical flow gradient technique extended to a third dimension . Mashine Vision and Application, Vol. 185-19, 2003 [12] K CO Crivelaro, P. Seleghim Jr., Detection of Horizontal Two-Phase Flow Patterns Trough and Neural * 9 • t «

• · « * « « i • · I S • * < t f• «* S I i i • *

9 9 * :9 9 *:

• 9 ♦ I• 9 ♦ I

9 itt í í ;; í9 itt í í ;; and

-4Network Model. Journal of the Brazilian Society of-4Network Model. Journal of the Brazilian Society

Mechanical Sciences, Vol 24, No 1, 2002 [13] C. E. Willert, M. Gharib, Three-dimensional particle imaginig with a single camera. Exp. Fluids 12, 353-358, 2002 [14] F. Pereira, M. Gharib, D Dabiri, D. Modarress, Defocusing digital particle image velocimetry: a 3component 3-dimensional DPIV measurement technique. Application to bubbly flows, Exp. Fluids S78-S84, 200Mechanical Sciences, Vol. 24, No 1, 2002 [13] C. E. Willert, M. Gharib, Three-dimensional particle imagination with a single camera. Exp. Fluids 12, 353-358, 2002 [14] F. Pereira, M. Gharib, D. Dabiri, D. Modarress, Defocusing digital particle image velocimeters: a 3-component 3-dimensional DPIV measurement technique. Application to bubbly flows, Exp. Fluids S78-S84, 200

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro určení polohy a/nebo velikosti alespoň jednoho sférického tělesa v měřeném prostoru tekutiny, sestávajícím z fotodetektoru a optické soustavy, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že mezi měřenou tekutinou a fotodetektorem je umístěna optická soustava, jejíž ohnisková vzdálenost je ve dvou rovinách obsahujících optickou osu různá, přičemž pro snadné vyhodnocování je nejvýhodnější vzájemně kolmé uspořádání obou rovin měření.The above drawbacks are largely eliminated by the device for determining the position and / or size of at least one spherical body in the measured fluid space, consisting of a photodetector and an optical system, according to the present invention. It is based on the fact that between the measured liquid and the photodetector there is an optical system whose focal length is different in two planes containing the optical axis.

Optickou soustavou může být anamorfický objektiv fotodetektoru nebo anamorfická předsádka, umístěná mezi fotodetektorem a měřenou tekutinou nebo průhledná válcová trubice optické kvality ve které je umístěna měřená tekutina.The optical system may be an anamorphic objective of the photodetector or anamorphic conversion lens located between the photodetector and the measured fluid or a transparent optical quality cylindrical tube in which the measured fluid is located.

Zařízení je ve výhodném provedení opatřeno výpočetním zařízením pro určení polohy a/nebo velikosti tělesa v měřené tekutině na základě znalosti ohniskové vzdálenosti objektivu, parametrů optické soustavy, indexů lomu jednotlivých prostředí « « « * cThe device is preferably provided with a computing device for determining the position and / or size of the body in the measured fluid based on the knowledge of the lens focal length, optical system parameters, refractive indices of individual environments.

♦ « * *· <♦ «* * · <

t t e • 9 tt t e • 9 t

« t « * « * í i M v >· < * » « í t 1 • » · t Stí »*«*«< í « » « € t *«999 < t tf 'T * t t t t 1 1 • 1 1 • • • • • • í í í í í € í í í € € í

-5a polohy okrajů poloos obrazů měřených sférických těles vůči optické ose soustavy.-5a the position of the edges of the half-axis images of the measured spherical bodies relative to the optical axis of the system.

Cílem řešení podle vynálezu je určení polohy a rozměru sférického tělesa nebo skupiny těles sférického tvaru v měřeném prostoru pomocí jediné kamery - optického maticového detektoru. Těmito tělesy mohou být sférické bubliny v kapalině, kapičky sférického tvaru v plynu a nebo přímo kuličky pevného skupenství v plynu i kapalině. Princip metody spočívá ve využití anamorfické optické soustavy, to jest soustavy, jejíž ohnisková vzdálenost je ve dvou rovinách obsahujících optickou osu různá, před fotodetektorem. Takovým příkladem použitelné anamorfické soustavy je například válcová čočka, jejíž ohnisková vzdálenost má například v sagitální rovině konečnou velikost a tangenciální rovině - kolmo na rovinu sagitální, má nekonečnou ohniskovou vzdálenost.The aim of the solution according to the invention is to determine the position and size of a spherical body or a group of spherical shape bodies in the measured space by means of a single camera - an optical matrix detector. These bodies may be spherical bubbles in the liquid, spherical-shaped droplets in the gas, or directly solid state spheres in both gas and liquid. The principle of the method is to use anamorphic optical system, that is, a system whose focal length is different in two planes containing the optical axis in front of the photodetector. An example of a useful anamorphic system is a cylindrical lens whose focal length is, for example, finite in the sagittal plane and the tangential plane - perpendicular to the sagittal plane, has an infinite focal length.

Snížením počtu kamer nutných k pozorování na jednu se významným způsobem snižují náklady na měření oproti jiným stereoskopickým metodám měření. Použitím běžného zdroje záření se sníží cena měření oproti metodám pracujícím na koherentním a difraktivním principu měření, jako je rozptyl světla, holografické metody, kde zdrojem záření je laser. Další výhodou je to, že jako anamorfický člen optické soustavy lze použít přímo potrubí válcového tvaru s optickou kvalitou, čímž opět dojde k zjednodušení provádění měření v průmyslových aplikacích.By reducing the number of cameras required to observe one, the cost of measurement is significantly reduced compared to other stereoscopic measurement methods. Using a conventional radiation source will reduce the cost of measurements compared to methods based on a coherent and diffractive measurement principle, such as light scattering, holographic methods, where the radiation source is a laser. Another advantage is that cylindrical tubes of optical quality can be used directly as an anamorphic member of the optical system, which again simplifies measurement in industrial applications.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Zařízení pro určení polohy a/nebo velikosti alespoň jednoho tělesa v měřeném prostoru tekutiny, podle tohotoApparatus for determining the position and / or size of at least one body in a measured fluid space, according to this

-6• · · · · 4·-6 · · · · · ·

4 4 4 4444 technického řešení bude podrobněji popsáno na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněna soustava v sagitální rovině. Na obr. 2 je znázorněna soustava v tangenciální rovině. Na obr. 3 je znázorněn příklad měřeného vzorku. Na obr. 4 až 6 jsou znázorněny schématicky v půdorysu různé příklady provedení zařízení.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows the system in a sagittal plane. FIG. 2 shows the system in a tangential plane. Fig. 3 shows an example of the measured sample. Figures 4 to 6 show schematically in plan view various exemplary embodiments of the device.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Zařízení pro určení polohy a/nebo velikosti alespoň jednoho sférického tělesa v měřeném prostoru tekutiny, je tvořeno fotodetektorem opatřeným optickou soustavou jejíž ohnisková vzdálenost je ve dvou rovinách obsahujících optickou osu různá. Před optickou soustavou se nachází měřená tekutina.The device for determining the position and / or size of the at least one spherical body in the measured fluid space is formed by a photodetector provided with an optical system whose focal length is different in two planes containing the optical axis. The measured fluid is in front of the optical system.

V konkrétních případech je optická soustava tvořena anamorfickým objektivem fotodetektoru nebo anamorfickou předsádkou, umístěnou mezi fotodetektorem a měřenou tekutinou nebo průhlednou válcovou trubicí optické kvality ve které je umístěna měřená tekutina.In particular cases, the optical system comprises an anamorphic objective of a photodetector or anamorphic conversion lens located between the photodetector and the measured fluid or a transparent optical quality cylindrical tube in which the measured fluid is located.

Zařízení je opatřeno výpočetním zařízením pro určení polohy a/nebo velikosti tělesa v měřené tekutině na základě znalosti ohniskové vzdálenosti objektivu, parametrů optické soustavy, indexů lomu jednotlivých prostředí a polohy okrajů poloos obrazů vůči optické ose soustavy.The device is provided with a computing device for determining the position and / or size of the body in the measured fluid based on knowledge of the lens focal length, optical system parameters, refractive indices of individual environments and the position of the edges of semi-axial images relative to the optical axis of the system.

Experimentální uspořádání může být sestaveno například dle obr. 1 a obr. 2The experimental arrangement may be constructed, for example, according to FIGS. 1 and 2

-7Za předpokladu použití bezaberačního objektivu 1 a nebo při znalosti vad objektivu 1, zejména zkreslení, jejich vykompenzováním nebude obraz sférického objektu kruhový, ale bude v rovině konečné ohniskové vzdálenosti použité válcové čočky 2 protáhlý, například jako na obr. 3.Assuming the use of a lens-free lens 1 or knowledge of lens defects 1, in particular distortion, by compensating them, the image of the spherical object will not be circular, but will be elongated at the final focal plane of the cylindrical lens 2 used.

Vlastním principem určení polohy objektu sférického tvaru v prostoru a jeho rozměru je, že lze výpočtem jednoznačně tyto parametry určit ze znalosti ohniskové vzdálenosti objektivu 1, parametrů válcové čočky 2^, indexů lomu jednotlivých prostředí a polohy okrajů poloos obrazů každého objektu vůči optické ose soustavy.The intrinsic principle of determining the position of a spherical shape object in space and its size is that these parameters can be determined unambiguously by knowing the focal length of the objective 1, the parameters of the cylindrical lens 2, the refractive indices of each environment and

Při vlastním měření lze využít standardní dostupné kamery 2 ve formě průmyslové kamery nebo digitálního fotoaparátu. Měřicí systém může mít tři různé modifikace, znázorněné na obr. 4 až 6:For the actual measurement, standard cameras 2 available as an industrial camera or digital camera can be used. The measurement system may have three different modifications, shown in Figures 4 to 6:

Obr. 4 standardní kamera 2/f°toaParat, avšak se specielně navrženým objektivem 1, který je anamorfický.Giant. 4 a standard 2 / f ° toa P arat camera , but with a specially designed lens 1 that is anamorphic.

Obr. 5 standardní kamera 3j £ otoaparát se standardním objektivem 1. s anamorfickou předsádkou (samostatný optický člen, který zajistí různé zobrazení ve dvou rovinách obsahujících optickou osu) umístěnou mezi měřeným prostorem 4 a objektivem 2 kamery 2· Může být přimontován přímo k standardnímu objektivu ý.Giant. 5 a standard camera 31 with a standard lens camera 1 with an anamorphic conversion lens (a separate optical member that provides different views in two planes containing the optical axis) located between the measurement space 4 and the camera lens 2 · Can be mounted directly to the standard lens.

Obr. 6 standardní kamera 2/fotoaParat se standardním objektivem 2/ kde anamorfický optický člen tvoří průhledná válcová trubice 5 optické kvality ve které je médium se sledovanými sférickými objekty.Giant. 6 standard camera 2 / Profile P Arat the standard lens 2 / wherein the anamorphic optical element consists of a transparent cylindrical tube 5 in which the optical quality of the medium is monitored spherical objects.

Při užití tohoto řešení je třeba počítat s některými omezeními. Pozorovací prostor je omezen hloubkou (objemem) ostrosti použité optické soustavy, protože se vyhodnocuje • φ φφφφThere are some limitations when using this solution. The observation space is limited by the depth (volume) of the sharpness of the optical system used, as • φ φφφφ

-8okraj ostrého obrazu objektu. Počet, případně velikost, současně měřených objektů je omezen hodnotou, při kterém se objekty začnou překrývat a polohu jejich okrajů již nelze vyhodnotit. Rozlišovací schopnost je dána rozlišovací schopností detektoru (a jeho softwarového zpracování mezipixelová iterace, atd.), kvalitou optických prvků a přesností jejich justáže. Očekávaná hodnota rozlišení je 0,01 mm.-8 Edge of sharp image of the object. The number or size of simultaneously measured objects is limited by the value at which the objects begin to overlap and the position of their edges can no longer be evaluated. The resolution is given by the resolution of the detector (and its software processing inter-pixel iteration, etc.), the quality of the optical elements and the accuracy of their adjustment. The expected resolution is 0.01 mm.

Byly provedeny experimenty s měřením bublin sférického tvaru ve vodě. Bubliny menší než 1 mm mají ve vodě za normálního tlaku a teploty vždy sférický tvar. Anamorfický člen byl tvořen částí válcové trubky o vnějším průměru 51,8 mm a tloušťce stěny 2 mm naplněné destilovanou vodou. Pro použití objektivu měřicí kamery o ohniskové vzdálenosti 25 mm a vzdálenosti objektivu od měřeného prostoru 423 mm bylo možné vyhodnocovat velikost, polohu a následně rozložení bublin v měřeném prostoru o hloubce 45 mm za vnitřní stěnou trubice až do velikosti bublin 0,2 mm.Experiments were performed to measure spherical shape bubbles in water. Bubbles smaller than 1 mm are always spherical in water at normal pressure and temperature. The anamorphic member consisted of a part of a cylindrical tube having an outer diameter of 51.8 mm and a wall thickness of 2 mm filled with distilled water. Using the measuring camera lens with a focal length of 25 mm and a distance of the lens from the measured area of 423 mm, it was possible to evaluate the size, position and subsequent distribution of bubbles in the measured area of 45 mm deep behind the inner tube wall up to a bubble size of 0.2 mm.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení pro určení polohy a/nebo velikosti alespoň jednoho sférického tělesa v měřeném prostoru tekutiny, sestávající z fotodetektoru a optické soustavy, podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění především při měření rozměru, polohy a vypočtením rozložení objektů sférického tvaru v prostoru, je použitelné ve sklářském průmyslu pro odhalování přítomnosti bublin ve sklovině, v chemickém průmyslu - sledování bublin nebo aerosolů v reaktorech, obecně ve vědě a výzkumu, ale i v technologiích průmyslové výroby kuliček všech materiálů.The device for determining the position and / or size of at least one spherical body in the measured fluid space, consisting of a photodetector and optical system, according to this technical solution finds application especially in measuring the size, position and calculating the distribution of spherical shape objects in space, is applicable in the glass industry for detecting the presence of bubbles in the glass, in the chemical industry - monitoring of bubbles or aerosols in reactors, generally in science and research, but also in the technology of industrial production of beads of all materials.

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Zařízení pro určení polohy a/nebo velikosti alespoň jednoho sférického tělesa sférického tvaru v měřeném prostoru tekutiny, sestávající z fotodetektoru a optické soustavy, vyznačující se tím, že mezi měřenou tekutinou a fotodetektorem je umístěna optická soustava, jejíž ohnisková vzdálenost je ve dvou rovinách ve vzájemně kolmém směru, obsahujících optickou osu, různá.A device for determining the position and / or size of at least one spherical body of spherical shape in a measured fluid space, comprising a photodetector and an optical system, characterized in that an optical system having a focal length in two planes is located between the measured fluid and the photodetector in the mutually perpendicular direction containing the optical axis, different. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že optickou soustavou je anamorfický objektiv fotodetektoru.Device according to claim 1, characterized in that the optical system is an anamorphic objective of the photodetector. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že optickou soustavou je anamorfická předsádka, umístěná mezi fotodetektorem a měřenou tekutinou.Device according to claim 1, characterized in that the optical system is an anamorphic conversion lens located between the photodetector and the measured liquid. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že optickou soustavou je průhledná válcová trubice optické kvality ve které je umístěna měřená tekutina.Device according to claim 1, characterized in that the optical system is a transparent cylindrical tube of optical quality in which the measured fluid is placed. 5. Zařízení podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno výpočetním zařízením pro určení polohy a/nebo rozložení a/nebo velikosti tělesa v měřené tekutině na základě znalosti ohniskové vzdálenosti objektivu, parametrů optické soustavy, indexů lomu jednotlivých prostředí a polohy okrajů poloos obrazů vůči optické ose soustavy.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it is provided with a computing device for determining the position and / or distribution and / or size of the body in the measured fluid based on knowledge of the lens focal length, optical system parameters, refractive indices of individual environments; the position of the edges of the semi-axes of the images relative to the optical axis of the system.
CZ20050672A 2005-10-25 2005-10-25 Device for determining position and/or size of at least one spherical body within a measured space of liquid CZ299674B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20050672A CZ299674B6 (en) 2005-10-25 2005-10-25 Device for determining position and/or size of at least one spherical body within a measured space of liquid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20050672A CZ299674B6 (en) 2005-10-25 2005-10-25 Device for determining position and/or size of at least one spherical body within a measured space of liquid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2005672A3 true CZ2005672A3 (en) 2007-05-09
CZ299674B6 CZ299674B6 (en) 2008-10-15

Family

ID=38007621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20050672A CZ299674B6 (en) 2005-10-25 2005-10-25 Device for determining position and/or size of at least one spherical body within a measured space of liquid

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ299674B6 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6278847B1 (en) * 1998-02-25 2001-08-21 California Institute Of Technology Aperture coded camera for three dimensional imaging
US6653651B1 (en) * 1998-12-09 2003-11-25 Carl D. Meinhart Micron resolution particle image velocimeter

Also Published As

Publication number Publication date
CZ299674B6 (en) 2008-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pereira et al. Defocusing digital particle image velocimetry and the three-dimensional characterization of two-phase flows
Liu et al. Novel multifunctional optical‐fiber probe: I. Development and validation
Park et al. Three-dimensional micro-PTV using deconvolution microscopy
CN103645341B (en) The visual speed-measuring method of whole flow field 3D
Pereira et al. Microscale 3D flow mapping with μDDPIV
Blois et al. Quantifying the dynamics of flow within a permeable bed using time-resolved endoscopic particle imaging velocimetry (EPIV)
Lee et al. Advanced particle-based velocimetry techniques for microscale flows
WO2007138818A1 (en) Method and device for measuring position, particle size and velocity of fine droplet, bubble and particle
Hyun et al. Assessment of PIV to measure mean velocity and turbulence in open-channel flow
Lamadie et al. Digital holographic measurement of liquid–liquid two-phase flows
Patil et al. Optical measurement uncertainties due to refractive index mismatch for flow in porous media
US20020176606A1 (en) Planar particle/droplet size measurement technique using digital particle image velocimetry image data
CN108169510A (en) Micro-flows three-dimensional velocity field measurement device and method based on single light-field camera
van Meerkerk et al. Scanning stereo-PLIF method for free surface measurements in large 3D domains
Peterson et al. Three-dimensional particle tracking using micro-particle image velocimetry hardware
Altheimer et al. Shadow imaging in bubbly gas–liquid two-phase flow in porous structures
Humphreys et al. A survey of particle image velocimetry applications in Langley aerospace facilities
CZ2005672A3 (en) Device for determining position and/or size of at least one spherical body within a measured space of liquid
Wu et al. Measuring vorticity vector from the spinning of micro-sized mirror-encapsulated spherical particles in the flow
Guerrero et al. Particle positioning from CCD images: experiments and comparison with the generalized Lorenz-Mie theory
Coutinho et al. On the characterization of bias errors in defocusing-based 3D particle tracking velocimetry for microfluidics
Hinsch et al. Three-dimensional particle velocimetry
Gharib et al. Optical microsensors for fluid flow diagnostics
Zappa et al. Uncertainty budget in PSV technique measurements
Silva et al. Determination of microchannels geometric parameters using micro-PIV

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20111025