JP2004340619A

JP2004340619A - 噴霧計測方法及び装置

Info

Publication number: JP2004340619A
Application number: JP2003134838A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Matsuno; 伸介松野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: JP3975968B2

Abstract

【課題】２種類の液体を混合噴霧するときに各液体の噴霧特性を個別に計測できるようにする。
【解決手段】噴霧装置１より噴霧する２種類の液体２と３のうち一方の液体２にレーザ色素６を混入しておく。噴霧装置１の噴霧領域７にレーザシート光９を照射し、レーザシート光照射面１０における同一の撮影領域１１を同時撮影できるようカメラ１２と１３を対向配置し、カメラ１３にはレーザ色素６から発生する蛍光のみを通す光学フィルター１４を装着しておく。カメラ１２では撮影領域に在る液体２と３のすべての液滴によるレーザシート光９の散乱光が検出される一方、カメラ１３ではレーザ色素６を含む液体２の液滴のみが検出されることから、画像解析装置１５にて両カメラ１２と１３の画像を比較して、撮影される液滴が液体２と３のいずれかを区別させ、この区別された各液滴の散乱光情報から液体２と３の噴霧特性を個別に計測させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は互いに混和しない複数の液体を混合噴霧するときに、各液体の噴霧特性を個別に計測できるようにするための噴霧計測方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液体燃料を噴霧（噴射）し、該燃料を雰囲気中に微少な液滴として分散させた状態にて燃焼させるようにする噴霧燃焼方法は、噴霧燃焼バーナやディーゼル機関、その他の各種燃焼装置で広く実施されており、この種の噴霧燃焼方法では、噴射装置より噴霧される燃料の濃度、流速等は、着火性能や燃焼効率、更には、排出される大気汚染成分を制御する上で重要な要因となる。そのため、上記のような噴霧燃焼方法を実施する場合、その燃焼状態を制御するために、噴霧により形成される燃料の液滴の粒径や分布濃度、流速等の噴霧特性を計測することが要求されることがある。
【０００３】
このように噴霧により形成される液滴の粒径や流速等の噴霧特性を計測する計測技術としては、従来、位相ドップラ流速計、レーザ回折装置等が商品化されて一般に使用されている。
【０００４】
又、近年では、噴射（噴霧）装置からの燃料噴射により形成される燃料の噴霧領域内に、レーザ光を薄い膜状に照射できるようにした、所謂レーザシート光を照射し、該レーザシート光の照射面に存在する燃料粒子（液滴）の散乱光（Ｍｉｅ散乱光）をカメラ等の撮像装置により検出し、得られた像を解析することにより噴霧された燃料粒子の粒径や濃度分布等を計測する手法が提案されてきている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、蛍光を利用して粒子を測定する技術として、液体中に分散する粒子（エマルション滴）の粒径を計測できるようにするために、分散質に予め所定濃度で蛍光色素を溶解させた後、上記蛍光色素の溶解しない分散媒中にて上記測定対象となるエマルション滴を形成させるようにし、この形成されたエマルション滴を、レーザ光を照射したキャピラリー内に分散媒と共に流通させ、上記蛍光色素がレーザ光によって励起されることにより生じる励起光としての蛍光を検出することにより上記エマルション滴の存在を検知すると同時に、上記検出される蛍光の強度がエマルション滴のサイズに比例して変化する蛍光色素の含有量を反映していることに基づいて、上記検知されたエマルション滴の粒径を求めるようにする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
又、蛍光を利用した粒子測定法の他の例としては、液中に含まれる粒子を、気泡と区別しながら計数できるようにするために、上記粒子や気泡を含んだ液体を、レーザ光を照射したフローセル中に流通させ、該フローセルを粒子が通過するときには、レーザ光が上記粒子により散乱されることによって散乱光が生じると同時に、レーザ光が照射された該粒子より蛍光が発生する一方、上記フローセルを気泡が通過するときには散乱光しか生じないことに基づいて、上記フローセルより検出される光に蛍光が含まれているか否かをスペクトル分析することにより、粒子と気泡とを区別し、粒子のみを計数できるようにする手法も従来提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００７】
ところで、上述した噴霧燃焼方法を実施する場合、燃料に対し、たとえば、水系の液体等、上記燃料とは混和せずに噴霧時に該燃料の液滴とは別の液滴を形成するようになる液体を混合して噴霧することがある。この場合、これら複数の液体の混合噴霧により形成される噴霧領域においては、燃料の液滴と、該燃料とは混和しない液体の液滴がそれぞれ別々に浮遊して存在していると考えられ、このために、該各液体の液滴の粒径や流速等の噴霧特性を、各液体ごとに個別に計測できるようにすることが望まれていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１６２１１９号公報
【特許文献２】
特開２００２−３７２４８９号公報
【特許文献３】
特開２００１−７４６４４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した既に商品化されている位相ドップラ流速計、レーザ回折装置等の噴霧計測装置では、位相ドップラ効果やレーザ回折は、いずれも、計測対象となる粒子の粒径や移動速度に依存して変化する変化量に基づくものであって、計測対象となる粒子の種類に依存するものではないため、上記のように複数種の液体を混合噴霧した噴霧領域にて、該各液体の個別の噴霧特性を同時に計測することは困難である。
【００１０】
又、特許文献１に示された手法は、レーザシート光の照射面に粒子が存在することにより発生する散乱光を検出し、この検出された散乱光に基づいて噴霧特性を解析するものであることから、該特許文献１に示された手法においても、粒子の種類を判別することはできず、したがって、複数種の液体を混合噴霧した噴霧領域にて個々の液体の噴霧特性を個別に計測することができるものではない。
【００１１】
一方、特許文献２に示されたものは、検出される蛍光の強度から、キャピラリー中を通過する液体中に含まれるエマルション滴の粒径を計測するものであって、検出対象であるエマルション滴の種類を識別する考えは全く示されていない。
【００１２】
なお、特許文献３に示されたものは、液中に含まれる粒子を、レーザ光を照射したときの蛍光の有無により該液中に含まれる気泡と識別できるようにする考えが示されているが、これは、フローセル中を一つずつ順に粒子状のものが通過するときに、該粒子状のものが、目的とする粒子又は気泡のいずれであるかを検出するものであり、このために、液体の噴霧により噴霧領域、すなわち、三次元空間を飛翔している各液滴の種類の判別に適用することは困難であり、しかも、粒子と気泡の識別は、フローセルより検出される光をスペクトル分析することにより行うようにしていることから、複数の粒子の識別を同時処理することができないという問題もある。
【００１３】
したがって、従来は、互いに混和しない複数の液体を混合噴霧している噴霧領域にて、該各液体の個別の噴霧特性を同時計測できるようにするための効果的な手法は提案されていないというのが実状である。
【００１４】
そこで、本発明は、複数種の液体の混合物を噴霧する噴霧領域にて、各液体の噴霧特性を個別に且つ同時に計測できるようにするための噴霧計測方法及び装置を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、混和しない複数種類の液体を混合噴霧する前に、１つの液体を除く他の液体にレーザ色素を混入して、該複数種類の液体が噴霧される噴霧領域内にレーザシート光を照射し、上記液体の種類に対応させた数のカメラで上記レーザシート光の照射面における同一の撮影領域を同時に撮影して、液滴による上記レーザシート光の散乱光の画像と、上記レーザ色素に上記レーザシート光が照射されるときに発生する蛍光のみの画像を検出して比較することにより、撮影された液滴が上記複数種類の液体のいずれであるかを判別し、更に、該液体の種類が判別された各液滴によるレーザシート光の散乱光の画像情報に基いて、それぞれの液体の噴霧特性を計測するようにした噴霧計測方法、及び、一方の液体にレーザ色素が混入してある互いに混和しない２種類の液体を混合噴霧する噴霧装置を備え、且つ該噴霧装置による噴霧領域近傍の所要個所に、該噴霧領域へレーザシート光を照射するためのレーザシート光照射装置を設け、液滴による上記レーザシート光の散乱光を検出するカメラと、上記レーザ色素に上記レーザシート光が照射されるときに発生する蛍光のみを検出できるようにしたカメラを、上記噴霧領域内のレーザシート光照射面の所要個所に設定する同一の撮影領域を撮影できるよう設置し、更に、上記各カメラの画像を基に、上記撮影領域に存在する液滴の種類を判別すると共に、種類の判別された各液滴によるレーザシート光の散乱光の画像情報を基に、それぞれの液体の噴霧特性を計測する機能を有する画像解析装置を備えてなる構成を有する噴霧計測装置とする。
【００１６】
互いに混和しない２種類の液体を、一方の液体に予めレーザ色素を混入した状態にて混合噴霧し、形成される噴霧領域内にレーザシート光を照射すると、該レーザシート光の照射面にレーザ色素を混入した液滴が存在する場合は、該液滴より、レーザシート光と同波長の散乱光と、上記レーザ色素からの蛍光が発せられる。一方、レーザシート光の照射面にレーザ色素を含まない液滴が存在する場合には、該液滴よりレーザシート光の散乱光のみが発せられる。したがって、上記レーザシート光の散乱光を検出するカメラでは、上記レーザ色素の有無に拘らずすべての液滴の像が得られる一方、上記レーザ色素より発生する蛍光のみを検出できるようにしたカメラでは、上記レーザ色素を混入した一方の液体の液滴の像しか得られない。このことに基づいて、上記各カメラにて同一の撮影領域を同時に撮影して得られる画像を比較すれば、上記レーザシート光の散乱光検出用カメラの画像上にて得られる各液滴の像が、レーザ色素を含む液体の液滴の像か、あるいは、レーザ色素を含まない液滴の像かを直ちに判別できることから、このレーザ色素を含むか否かにより種類の判別される各液滴について、上記レーザシート光の散乱光検出用カメラの画像上にて得られる像をそれぞれ解析することにより、上記各液体の噴霧特性が個別に計測されるようになる。
【００１７】
又、上記各カメラを、撮影領域を挟んだ対称位置に対向配置するようにした構成とすることにより、該各カメラにて同一の撮影領域を容易に撮影できる。
【００１８】
更に、互いに混和しない３種類以上の液体を一つの液体を除く他の液体にそれぞれ異なる蛍光を発するレーザ色素を予め混入した状態にて混合噴霧する噴霧装置を備え、且つ該噴霧装置による噴霧領域近傍の所要個所に、該噴霧領域へレーザシート光を照射するためのレーザシート光照射装置を設け、液滴による上記レーザシート光の散乱光を検出するカメラと、上記各レーザ色素に対応させて該各レーザ色素に上記レーザシート光が照射されるときに発生する蛍光をそれぞれ特異的に検出できるようにしたカメラを、上記噴霧領域内のレーザシート光照射面の所要個所に設定する同一の撮影領域を撮影できるよう設置し、更に、上記各カメラの画像を基に、上記撮影領域に存在する液滴の種類を判別すると共に、種類の判別された各液滴によるレーザシート光の散乱光の画像情報を基に、それぞれの液体の噴霧特性を計測する機能を有する画像解析装置を備えてなる構成を有する噴霧計測装置とすることにより、互いに混和しない３種類以上の液体を混合噴霧する場合における各液体の個別の噴霧特性を同時に計測することができる。
【００１９】
更に又、レーザシート光照射装置を、噴霧装置の噴霧領域に対して該噴霧装置の主な噴霧方向に平行なレーザシート光照射面を形成できるよう配置した構成とすることにより、レーザシート光照射面の所要個所に設定される撮影領域では、噴霧装置から噴霧される各液滴を、ほぼ上記撮影領域の面に沿って移動させるようにすることができるため、各カメラにて所要の時間間隔で連続撮影すれば、得られる画像上における各液滴の像の時間経過に伴う相対移動距離を基に、上記噴霧装置より噴霧される各液滴の流速を計測することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１乃至図３（イ）（ロ）は本発明の噴霧計測方法及び装置の実施の一形態として、互いに混和しない２種類の液体を混合噴霧するときに該各液体の噴霧特性を個別に測定できるようにする場合を示すもので、所要高さ位置に下向きに設置した噴霧装置１に、互いに混和しない２種類の液体２と３の供給部４と５をそれぞれ接続し、一方の液体２には、蛍光色素として、たとえば、ローダミン６Ｇ（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ６Ｇ）等のレーザ色素６を供給部４にて予め混入させるようにする。上記一方のレーザ色素６の混入された液体２と、レーザ色素を含まない液体３とを上記噴霧装置１へそれぞれ供給して、該噴霧装置１より混合状態で噴霧できるようにする。
【００２２】
上記噴霧装置１からの噴霧により形成される液体２と３の噴霧領域７の一側位置には、レーザ光をシート状に照射するレーザシート光の照射装置８を設けて、該レーザシート光照射装置８より上記噴霧領域７の中心部に向けてレーザシート光９を照射できるようにし、この照射されるレーザシート光９と上記噴霧領域７との交差部分に形成されるレーザシート光照射面１０が、上記噴霧装置１による主な噴霧方向と平行な配置となるようにする。
【００２３】
上記噴霧領域７の中央部となるレーザシート光照射面１０に、所要サイズ、たとえば、５×５ｍｍの撮像領域１１を設定して、該撮像領域１１を挟んで上記レーザシート光照射面１０と直交する方向の対称位置に、高速度カメラ１２と１３をそれぞれ対向させて設置し、該各カメラ１２と１３により上記撮影領域１１を両側から同時に撮影できるようにする。上記一方のカメラ１２は、撮像領域１１に存在する液滴にレーザシート光９が照射されることにより発生する散乱光の検出用とすると共に、他方のカメラ１３の前側には、上記一方の液体２に混入してあるレーザ色素６にレーザシート光９が照射されるときに該レーザ色素６が励起されることに伴って発生する蛍光の波長のみを特異的に通過できるようにした光学フィルタ１４を装備させて、カメラ１３を上記レーザ色素６からの蛍光検出用とする。
【００２４】
更に、上記各カメラ１２と１３は画像解析装置１５に接続し、該カメラ１２と１３にて得られる画像上における上記噴霧装置１より噴霧される液体２の液滴２ａと液体３の液滴３ａのそれぞれ像より、画像解析装置１５にて該各液滴２ａ，３ａの粒径や濃度、速度を各液体２，３ごとに個別に算出するようにする。
【００２５】
ここで、本発明による噴霧計測原理について説明する。
【００２６】
上記噴霧装置１より２種類の液体２と３が混合して噴霧されると、噴霧領域７には該各液体２，３の液滴２ａ，３ａがそれぞれ形成される。この形成された各液滴２ａ，３ａが、上記噴霧領域７にてレーザシート光９の照射を受けると、図２（イ）（ロ）に示す如く、該各液滴２ａ，３ａからは、上記照射されるレーザシート光９と同様の波長を有する散乱光（Ｍｉｅ散乱光）１６が発生する。更に、上記一方の液体２の液滴２ａでは、その内部にレーザ色素６が存在しているため、このレーザ色素６に特有の、上記レーザシート光９の波長とは異なる波長の蛍光１７が発生するようになる。なお、上記図２（イ）（ロ）では、レーザシート光９及び散乱光１６よりも蛍光１７の矢印の方が長波長として示してあるが、これは単に光の波長が変化していることを模式的に示しているに過ぎず、蛍光１７をレーザシート光９よりも長波長側のものに限定するものではない。
【００２７】
したがって、噴霧領域７におけるレーザシート光照射面１０に設定されている撮影領域１１を撮影する２台のカメラのうち、光学フィルタ１４を装備させていない散乱光検出用のカメラ１２では、上記撮影領域１１にて散乱光１６を発生することとなる上記双方の液体２と３の液滴２ａと３ａが共に撮像される。一方、光学フィルタ１４を備えた蛍光検出用のカメラ１３では、上記蛍光１７を発生する一方の液体２の液滴２ａのみが撮影されることとなる。
【００２８】
上記各カメラ１２と１３は同じ撮影領域１１を対向位置から同時に撮影できるようにしてあるため、図３（イ）に示す如き上記散乱光検出用のカメラ１２にて撮影される上記撮影領域１１の画像と、図３（ロ）に示す如き上記蛍光検出用のカメラ１３にて撮影される上記撮影領域１１の画像とは鏡像配置となるが、蛍光検出用のカメラ１３では蛍光１７を発する液体２の液滴２ａのみが撮影されている。そのため、該カメラ１３の像（図３（ロ））と、散乱光検出用のカメラ１２の像（図３（イ））とを比較すると、双方のカメラ１２と１３のいずれでも像が得られる液滴は上記一方の液体２の液滴２ａであり、且つ上記散乱光検出用のカメラ１２のみでしか撮影されない液滴は、液体３の液滴３ａであることが判る。このことから、上記散乱光検出用のカメラ１２で撮影される各液滴が、上記２種類の液体２と３のいずれの液滴２ａ，３ａであるかが識別できることとなる。これを画像解析装置１５にて行わせている。
【００２９】
したがって、上記画像解析装置１５は、上記２つのカメラ１２と１３の画像を比較することにより、散乱光検出用のカメラ１２で得られる画像上における各液滴が上記２種類の液体２と３のいずれの液滴２ａ，３ａであるかを判別すると共に、該判別されたそれぞれの液体２と３の液滴２ａ，３ａごとに、レーザシート光９の散乱光１６の画像情報を基に、従来と同様の散乱光の解析手法により各液滴２ａ，３ａの粒径をそれぞれ求めることができるようにしてある。又、撮影領域１１中に存在する各液体２，３の液滴２ａ，３ａの数から、噴霧領域７内に噴霧された各液体２，３の各液滴２ａ，３ａの数密度を算出することもできるようにしてあり、この算出された上記各液滴２ａ，３ａの数密度より各液体２，３の噴霧濃度をそれぞれ求めることができるようにしてある。
【００３０】
更に、上記撮影領域１１は、噴霧装置１による主な噴霧方向に平行となるように配してあるため、上記各カメラ１２，１３にてそれぞれ所要の時間間隔、たとえば、１０μ秒間隔で連続撮影すると、画像中における各液滴２ａ及び３ａの像は時間の経過と共に相対移動されることとなる。したがって、上記画像解析装置１５は、上記各カメラ１２，１３により連続撮影された前時間の画像と後時間の画像における各液滴２ａ，３ａの像の相対移動距離と、連続撮影の時間間隔と、設定してある撮影領域のサイズを基に、各液滴２ａ，３ａの速度をそれぞれ算出できるようにしてある。
【００３１】
このように、噴霧装置１より２種類の液体２と３を混合噴霧するときに、一方の液体２に予めレーザ色素６を混入させておくことにより、撮影領域１１に存在する液滴を、上記液体２の液滴２ａと液体３の液滴３ａに区別でき、それぞれ区別された液体２の液滴２ａと液体３の液滴３ａについて、それぞれレーザシート光９の散乱光１６の画像情報を基に、噴霧により形成される液滴２ａ又は３ａの粒径、数密度（各液体２，３の噴霧濃度）、速度という個別の噴霧特性を同時に計測することが可能になる。
【００３２】
次に、図４は本発明の実施の他の形態として、互いに混和せず、噴霧したときにそれぞれの液滴を別々に形成する３種類の液体を混合して噴霧するときに、該各液体ごとの噴霧特性を個別に計測できるようにする場合を示すもので、図１に示したものと同様の構成において、噴霧装置１に、液体２と３のいずれとも混和しない第３の液体１８の供給部１９を接続すると共に、該第３の液体１８の供給部には、レーザシート光９が照射されることにより励起されて上記液体２に混合するようにしてあるレーザ色素６とは異なる波長の蛍光を発生する別のレーザ色素２０を添加できるようにする。更に、上記レーザ色素２０の発する蛍光のみを通過させる光学フィルタ２２を装備した第３のカメラ２１を、カメラ１２及び１３と同一の撮影領域１１を撮影できるように設ける。そのために、たとえば、図４に一形態を示す如く、上記レーザシート光９の散乱光を検出するためのカメラ１２の前方位置に、ハーフミラーやビームスプリッターのような光分配器２３を設けて、上記観測領域１１より上記カメラ１２へ入射するレーザシート光９の散乱光や蛍光を、上記光分配器２３にて上記カメラ１２の方向と直角方向へ分配できるようにすると共に、該分配された散乱光及び蛍光が入射する上記光分配器２３の側方位置に、上記光学フィルタ２２を装備させたレーザ色素２０の蛍光検出用のカメラ２１を設置するようにする。
【００３３】
これにより、図５（イ）に示す如き散乱光検出用のカメラ１２の画像では、図３（イ）に示したと同様に、レーザシート光９の散乱光により撮影領域１１に存在するすべての液体２，３，１８の液滴２ａ，３ａ，１８ａの像が検出されることになる。図５（ロ）に示す如きレーザ色素６の蛍光検出用のカメラ１３の画像では、図３（ロ）に示したと同様に、撮影領域１１に存在するレーザ色素６を含んでなる液滴、すなわち、液体２の液滴２ａのみの像が検出されることになる。更に、図５（ハ）に示す如きレーザ色素２０の蛍光検出用のカメラ２１の画像では、撮影領域１１に存在するレーザ色素２０を含んでなる液体１８の液滴１８ａの像のみが検出されるようになる。
【００３４】
上記カメラ１２と１３の画像は、図３（イ）（ロ）に示したと同様に互いに鏡像配置となっており、又、カメラ２１の画像は、上記散乱光検出用のカメラ１２に入射する光を分配しているものであるため、該カメラ１２と同じ配置となっている。したがって、画像解析装置１５では、図５（イ）に示されたすべての液滴２ａ，３ａ，１８ａの像のうち、図５（ロ）に示したカメラ１３の画像の対応する位置に像が検出されるものを液体２の液滴２ａとして判別し、図５（ハ）に示したカメラ２１の画像の対応する位置に像が検出されるものを液体１８の液滴１８ａとして判別し、図５（ロ）及び図５（ハ）のいずれにも対応する位置に像が検出されないものを液体３の液滴３ａとして区別させるようにすることができるようにしてある。更に、画像解析装置１５では、上記区別された各液体２，３，１８の液滴２ａ，３ａ，１８ａごとに、それぞれのレーザシート光９の散乱光の画像情報を解析することにより、各液体２，３，１８の液滴２ａ，３ａ，１８ａの粒径を個別に解析することができると共に、該各液体２，３，１８ごとに噴霧濃度を算出し、更には、所要の時間間隔で連続撮影した前時間と後時間の画像における各液滴２ａ，３ａ，１８ａの像の相対移動距離よりそれぞれの液体２，３，１８が噴霧される流速を算出することができるようにしてある。
【００３５】
その他、図４にて図１に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００３６】
このように、本実施の形態によれば、３種類の液体２，３，１８を混合噴霧するときに、該各液体２，３，１８の個別の噴霧特性を同時計測することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、噴霧領域７におけるレーザシート光９の照射位置は、噴霧特性の計測を所望する個所に対応させて上記噴霧領域７における中心部以外のいかなる個所に設定してもよい。又、上記したレーザシート光照射装置８と複数台のカメラ１２，１３，２１からなる装備を、上記噴霧領域７の複数個所に設けて該噴霧領域７の複数個所における噴霧特性をそれぞれ計測するようにしてもよい。噴霧領域７に対して照射するレーザシート光９の向きは、噴霧装置１の主な噴霧方向に平行なレーザシート光照射面１０を形成できるよう配置するものとして示したが、各液体２，３，１８の液滴２ａ，３ａ，１８ａの流速の計測を特に必要としない場合には、上記レーザシート光９を噴霧領域７に対して照射する向きは自在に設定してよいが、各カメラ１２，１３，２１は上記レーザシート光照射面１０に形成される撮影領域１１を垂直方向から撮影できるようにすることが望ましいため、上記レーザシート光９の向きは、噴霧装置１による主な噴霧方向に直交する方向からは多少傾けることが好ましい。図１ではカメラ１２とカメラ１３を、撮影領域１１を挟んだ対称位置に対向させて配置するものとして示したが、図４におけるカメラ１２とカメラ２１の配置と同様に、撮影領域１１にて発せられる散乱光あるいは蛍光を光分配器２３を介して分配できるようにすれば、上記カメラ１２とカメラ１３を、共に上記撮影領域１１の一側に配置するようにしてもよい。４種類以上の液体を混合して噴霧するときに各液体ごとに噴霧特性を調べる場合に適用してもよく、この場合は、１つの液体を除く他の液体に対しそれぞれ異なる蛍光を発するレーザ色素を予め混入した状態で噴霧装置１より噴霧できるようにすると共に、光学フィルタを装備しないレーザシート光９の散乱光検出用のカメラの他に、上記使用する各レーザ色素に対応させて、それぞれのレーザ色素の発する蛍光のみを特異的に通過させることができる光学フィルタを備えたカメラを備えるようにし、且つ撮影領域１１より発せられる散乱光と蛍光を、図４に示したと同様の光分配器２３を用いてすべてのカメラに入射させることができるよう適宜分配させるようにすればよい。使用するレーザ色素は、噴霧特性を計測しようとする各液体の性状に対応させて自在に選定すればよい。噴霧装置１は下向き以外の方向に噴霧するものであってもよく、この場合は、レーザシート光照射装置８及び各カメラ１２と１３又は１２と１３と２１の配置を上記噴霧装置１による噴霧領域７に対応させて適宜変更すればよい。噴霧装置１としては、噴霧により別々の液滴を形成する複数の液体を混合して噴霧するものであれば、噴霧燃焼方法に使用する燃料噴射装置以外の各種噴霧装置における噴霧特性の計測に適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明者等の行った実験結果について説明する。
液体２を水とし且つ液体３をハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）として、上記水とＨＦＥの混合噴霧を行う場合に、水に予めレーザ色素６としてのローダミン６Ｇを添加しておき、上記図１乃至図３に示した方法及び装置を用いて、水とＨＦＥの噴霧特性として、噴霧により形成される液滴の粒径分布をそれぞれ計測した。
その結果は図６に示すとおりであった。なお、水の液滴の粒径の計測結果は白抜きのバーで示し、ＨＦＥの液滴の粒径の計測結果は斜線を引いたバーで示してある。
図６から明らかなように、水とＨＦＥを混合して噴霧する場合であっても、水の液滴の粒径分布と、ＨＦＥの液滴の粒径分布を、それぞれ個別に計測できることが判かる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）混和しない複数種類の液体を混合噴霧する前に、１つの液体を除く他の液体にレーザ色素を混入して、該複数種類の液体が噴霧される噴霧領域内にレーザシート光を照射し、上記液体の種類に対応させた数のカメラで上記レーザシート光の照射面における同一の撮影領域を同時に撮影して、液滴による上記レーザシート光の散乱光の画像と、上記レーザ色素に上記レーザシート光が照射されるときに発生する蛍光のみの画像を検出して比較することにより、撮影された液滴が上記複数種類の液体のいずれであるかを判別し、更に、該液体の種類が判別された各液滴によるレーザシート光の散乱光の画像情報に基いて、それぞれの液体の噴霧特性を計測するようにした噴霧計測方法、及び、一方の液体にレーザ色素が混入してある互いに混和しない２種類の液体を混合噴霧する噴霧装置を備え、且つ該噴霧装置による噴霧領域近傍の所要個所に、該噴霧領域へレーザシート光を照射するためのレーザシート光照射装置を設け、液滴による上記レーザシート光の散乱光を検出するカメラと、上記レーザ色素に上記レーザシート光が照射されるときに発生する蛍光のみを検出できるようにしたカメラを、上記噴霧領域内のレーザシート光照射面の所要個所に設定する同一の撮影領域を撮影できるよう設置し、更に、上記各カメラの画像を基に、上記撮影領域に存在する液滴の種類を判別すると共に、種類の判別された各液滴によるレーザシート光の散乱光の画像情報を基に、それぞれの液体の噴霧特性を計測する機能を有する画像解析装置を備えてなる構成を有する噴霧計測装置としてあるので、上記互いに混和しない２種類の液体を混合して噴霧する場合に、該各液体の液滴の粒径や噴霧濃度に関する個別の噴霧特性を同時に計測することができる。
（２）上記各カメラを、撮影領域を中心とする点対称位置に対向配置するようにした構成とすることにより、該各カメラにて同一の撮影領域を容易に撮影できる。
（３）互いに混和しない３種類以上の液体を一つの液体を除く他の液体にそれぞれ異なる蛍光を発するレーザ色素を予め混入した状態にて混合噴霧する噴霧装置を備え、且つ該噴霧装置による噴霧領域近傍の所要個所に、該噴霧領域へレーザシート光を照射するためのレーザシート光照射装置を設け、液滴による上記レーザシート光の散乱光を検出するカメラと、上記各レーザ色素に対応させて該各レーザ色素に上記レーザシート光が照射されるときに発生する蛍光をそれぞれ特異的に検出できるようにしたカメラを、上記噴霧領域内のレーザシート光照射面の所要個所に設定する同一の撮影領域を撮影できるよう設置し、更に、上記各カメラの画像を基に、上記撮影領域に存在する液滴の種類を判別すると共に、種類の判別された各液滴によるレーザシート光の散乱光の画像情報を基に、それぞれの液体の噴霧特性を計測する機能を有する画像解析装置を備えてなる構成を有する噴霧計測装置とすることにより、互いに混和しない３種類以上の液体を混合噴霧する場合における各液体の個別の噴霧特性を同時に計測することができる。
（４）レーザシート光照射装置を、噴霧装置の噴霧領域に対して該噴霧装置の主な噴霧方向に平行なレーザシート光照射面が形成できるよう配置した構成とすることにより、レーザシート光照射面の所要個所に設定される撮影領域では、噴霧装置から噴霧される各液滴を、ほぼ上記撮影領域の面に沿って移動させるようにすることができるため、各カメラにて所要の時間間隔で連続撮影すれば、得られる画像上における各液滴の像の時間経過に伴う相対移動距離を基に、上記噴霧装置より噴霧される各液滴の流速を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の噴霧計測方法及び装置の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】図１のレーザシート光照射面に液滴が存在するときに生じる現象を示すもので、（イ）はレーザ色素を含有した液滴の場合を、（ロ）はレーザ色素を含まない液滴の場合をそれぞれ示す概要図である。
【図３】（イ）（ロ）は図１の各カメラにて得られる画像をそれぞれ示す図である。
【図４】本発明の実施の他の形態を示す概要図である。
【図５】（イ）（ロ）（ハ）は図４の各カメラにて撮影される画像をそれぞれ示す図である。
【図６】水とＨＦＥを混合噴霧した場合のそれぞれの粒径分布を計測した実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１噴霧装置
２液体
２ａ液滴
３液体
３ａ液滴
６レーザ色素
７噴霧領域
８レーザシート光照射装置
９レーザシート光
１０レーザシート光照射面
１１撮影領域
１２カメラ
１３カメラ
１５画像解析装置
１６散乱光
１７蛍光
１８液体
１８ａ液滴
２０レーザ色素
２１カメラ

Claims

混和しない複数種類の液体を混合噴霧する前に、１つの液体を除く他の液体にレーザ色素を混入して、該複数種類の液体が噴霧される噴霧領域内にレーザシート光を照射し、上記液体の種類に対応させた数のカメラで上記レーザシート光の照射面における同一の撮影領域を同時に撮影して、液滴による上記レーザシート光の散乱光の画像と、上記レーザ色素に上記レーザシート光が照射されるときに発生する蛍光のみの画像を検出して比較することにより、撮影された液滴が上記複数種類の液体のいずれであるかを判別し、更に、該液体の種類が判別された各液滴によるレーザシート光の散乱光の画像情報に基いて、それぞれの液体の噴霧特性を計測するようにしたことを特徴とする噴霧計測方法。
一方の液体にレーザ色素が混入してある互いに混和しない２種類の液体を混合噴霧する噴霧装置を備え、且つ該噴霧装置による噴霧領域近傍の所要個所に、該噴霧領域へレーザシート光を照射するためのレーザシート光照射装置を設け、液滴による上記レーザシート光の散乱光を検出するカメラと、上記レーザ色素に上記レーザシート光が照射されるときに発生する蛍光のみを検出できるようにしたカメラを、上記噴霧領域内のレーザシート光照射面の所要個所に設定する同一の撮影領域を撮影できるよう設置し、更に、上記各カメラの画像を基に、上記撮影領域に存在する液滴の種類を判別すると共に、種類の判別された各液滴によるレーザシート光の散乱光の画像情報を基に、それぞれの液体の噴霧特性を計測する機能を有する画像解析装置を備えてなる構成を有することを特徴とする噴霧計測装置。
各カメラを、撮影領域を挟んだ対称位置に対向配置するようにした請求項２記載の噴霧計測装置。
互いに混和しない３種類以上の液体を一つの液体を除く他の液体にそれぞれ異なる蛍光を発するレーザ色素を予め混入した状態にて混合噴霧する噴霧装置を備え、且つ該噴霧装置による噴霧領域近傍の所要個所に、該噴霧領域へレーザシート光を照射するためのレーザシート光照射装置を設け、液滴による上記レーザシート光の散乱光を検出するカメラと、上記各レーザ色素に対応させて該各レーザ色素に上記レーザシート光が照射されるときに発生する蛍光をそれぞれ特異的に検出できるようにしたカメラを、上記噴霧領域内のレーザシート光照射面の所要個所に設定する同一の撮影領域を撮影できるよう設置し、更に、上記各カメラの画像を基に、上記撮影領域に存在する液滴の種類を判別すると共に、種類の判別された各液滴によるレーザシート光の散乱光の画像情報を基に、それぞれの液体の噴霧特性を計測する機能を有する画像解析装置を備えてなる構成を有することを特徴とする噴霧計測装置。
レーザシート光照射装置を、噴霧装置の噴霧領域に対して該噴霧装置の主な噴霧方向に平行なレーザシート光照射面を形成できるよう配置した請求項２、３又は４記載の噴霧計測装置。