JP2005140528A - Fluid measurement device - Google Patents

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Chikako Iwaki
智香子 岩城
Tatsumi Ikeda
達實 池田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid measurement device capable of measuring the velocity of the fluid with high precision and accuracy, by separating the two phases of vapor/liquid effectively and improving the analytical precision of the flow field. <P>SOLUTION: The two phase flow 2 of vapor/liquid containing tracer particles and bubbles is irradiated in a sheet-like manner with a laser light 5, and the image 14A of the tracer particles is optically separated by the difference of wavelengths by CCD cameras 7a, and 7b provided with optical filters 8a, and 8b, and the bubble image is eliminated from the separated tracer particle image 14A by the image processor 9 by using the threshold of the brightness and size of the particles. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、画像処理技術を利用して、流れが気液二相流の流体の速度を計測する流体計測装置に関する。   The present invention relates to a fluid measurement device that measures the velocity of a fluid in a gas-liquid two-phase flow using an image processing technique.

複雑な流動場における流体の速度を高精度、かつ精密に測定することは原子力発電プラントや火力発電プラントなど種々のプラントにおけるプラント挙動予測の高精度化、プラント診断、プラント性能評価、機器の改良などにとって非常に重要な技術である。   Accurate and precise measurement of fluid velocity in complex flow fields is highly accurate in predicting plant behavior in various plants such as nuclear power plants and thermal power plants, plant diagnosis, plant performance evaluation, equipment improvement, etc. This is a very important technology.

特に、原子炉圧力容器や、火力発電プラントの熱交換器内のように厳しい環境下にある熱流動場における流体速度の計測技術においては、その解析精度を、より向上させることは大きな課題である。   In particular, in the measurement technology of fluid velocity in heat flow fields under severe environments such as in reactor pressure vessels and heat exchangers in thermal power plants, it is a big issue to improve the analysis accuracy. .

近年、コンピュータの高性能化と普及に伴い、画像処理技術を利用した流動場の全域計測技術が発達し、乱流や伝熱などに関する統計量と組織構造の詳細な情報を正確、かつ瞬時に抽出することが可能となってきている。これは従来の点計測技術に代わる新しい計測技術として熱流体の研究分野などで注目されている。   In recent years, with the advancement of computer performance and spread, flow field measurement technology using image processing technology has been developed, and statistics about turbulent flow and heat transfer, as well as detailed information on tissue structure, can be obtained accurately and instantaneously. It has become possible to extract. This is attracting attention in the field of thermal fluid research as a new measurement technology that replaces the conventional point measurement technology.

画像処理技術を応用した速度の全域計測技術の一例として、近年熱流動場における可視化技術の研究が進み、複雑な流動場における流体の速度を画像処理技術を利用して高精度、かつ精密に測定可能な粒子画像流体速度計（ＰＩＶ＝Particle Image Velocimetry、以下ＰＩＶと称する)が開発されている。   As an example of the entire speed measurement technology using image processing technology, research on visualization technology in thermal fluid fields has advanced in recent years, and fluid velocity in complex fluid fields can be measured with high accuracy and precision using image processing technology. A possible particle image fluid velocity meter (PIV = Particle Image Velocimetry, hereinafter referred to as PIV) has been developed.

この画像処理技術を利用したＰＩＶは、その多くが流れの中に混入され、流れに十分追従する粒子(トレーサ粒子)にパルスレーザ光を照射してその運動を追跡し、写真フィルムやビデオカメラなどでトレーサ粒子群の動きを撮影し、流れのタイムスケールに比べて十分小さい時間間隔で粒子が移動した距離を撮影した画像を求め、その移動距離を微小撮影時間間隔で割って速度を求めるという簡単な原理に基づいている。   PIV using this image processing technology is mostly mixed in the flow, and the particles (tracer particles) that follow the flow sufficiently are irradiated with pulsed laser light to track their movement, and photographic films, video cameras, etc. Simply capture the movement of the tracer particle group with the camera, obtain an image of the distance that the particle moved at a time interval that is sufficiently smaller than the time scale of the flow, and divide the movement distance by the minute imaging time interval to obtain the velocity. Is based on this principle.

ＰＩＶでは複数の粒子が存在するある範囲内の平均的な流体速度を計測することとなり、一般的に空間解像度が低く、せん断の大きな流れの計測が困難であるが、粒子の個数を多くすることで空間的に一様な計測点を定めることができる。そのため、ＰＩＶでは速度の空間微分を得やすい利点がある。これらの理由から、流動場の組織構造の抽出に必要な速度や渦度の計測にはＰＩＶは非常に有効な手段であると言える（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−８４００５号公報 PIV measures the average fluid velocity within a certain range where there are multiple particles. Generally, spatial resolution is low and it is difficult to measure large shear flow, but the number of particles should be increased. It is possible to determine spatially uniform measurement points. Therefore, PIV has an advantage that it is easy to obtain a spatial differential of speed. For these reasons, it can be said that PIV is a very effective means for measuring the speed and vorticity necessary for extracting the tissue structure of the flow field (see, for example, Patent Document 1).
JP 2003-84005 A

このＰＩＶについては、気体単相、液体単相の場合にはその計測手法は既に確立され、様々な流動場に適用されている。
一方、気体と液体が混じり合った気液二相流の場合では画像の中にトレーサ粒子と気泡との二種類の粒子が混在するため、気体と液体のそれぞれの速度を計測するにはこれらの画像を完全に分離する必要があり、この手法はまだ確立されてない。 As for this PIV, in the case of a gas single phase and a liquid single phase, the measurement method has already been established and applied to various flow fields.
On the other hand, in the case of gas-liquid two-phase flow in which gas and liquid are mixed, two types of particles, tracer particles and bubbles, are mixed in the image. It is necessary to completely separate the images, and this method has not been established yet.

これは、レーザ照射した計測面以外の気泡が画像に映り込み、気泡画像が重なることが多いこと、気泡のレーザ光の乱反射のために気液境界がはっきり現われないことなどが原因である。
従来、得られた画像を二値化し、気泡とトレーサ粒子とをオブジェクトとしてラベリング処理し、各オブジェクトの面積によって判別するという方法が使用されているが、この手法のみでは完全に気液の画像を分離することはできない。 This is because bubbles other than the measurement surface irradiated with the laser are reflected in the image and the bubble images often overlap, and the gas-liquid boundary does not appear clearly due to irregular reflection of the laser light of the bubbles.
Conventionally, a method has been used in which the obtained image is binarized, and bubbles and tracer particles are labeled as objects and discriminated by the area of each object. It cannot be separated.

したがって、このような画像からでは、流れが気液二相流の流体の速度の精度の高い情報は得られなかった。
本発明は、かかる従来の課題を解決するためになさされたものであり、計測の対象とする流れが気液二相流の場合において、気液の二相を効率よく分離し、流動場の解析精度を向上し、流体の速度の計測が高精度に、かつ精密に行える流体計測装置を提供することを目的とする。 Therefore, from such an image, high-accuracy information on the velocity of the fluid in a gas-liquid two-phase flow cannot be obtained.
The present invention has been made to solve such a conventional problem. When the flow to be measured is a gas-liquid two-phase flow, the gas-liquid two-phase flow is efficiently separated, and the flow field is reduced. It is an object of the present invention to provide a fluid measuring device capable of improving analysis accuracy and measuring fluid velocity with high accuracy and precision.

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、トレーサ粒子と気泡とを含む気液二相流の流体にレーザ光を照射するレーザ発振装置と、レーザ光の照射によるトレーサ粒子の発光と気泡からの散乱光とを分離して画像情報として取り込む光学的分離装置と、前記光学的分離装置により得られたトレーサ粒子の画像から予め定めたしきい値を用いて、粒子の明るさと大きさでトレーサ粒子と気泡を区別する画像処理装置とからなることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 of the present invention includes a laser oscillation device for irradiating laser light to a gas-liquid two-phase flow fluid including tracer particles and bubbles, and a tracer by laser light irradiation. An optical separation device that separates light emission of particles and scattered light from bubbles and captures them as image information, and a threshold value determined in advance from the image of the tracer particles obtained by the optical separation device, It is characterized by comprising an image processing device that distinguishes tracer particles and bubbles by brightness and size.

本発明の流体計測装置によれば、ＰＩＶを利用した画像計測の対象とする流れが気液二相流の場合において、光学的分離装置と、しきい値を用いて、粒子の明るさと大きさの両方の情報から気液を分離する画像処理装置とにより、気液の二相を効率よく分離し、流動場の解析精度を向上し、流体の速度の計測が高精度に、かつ精密に行える。   According to the fluid measuring device of the present invention, when the flow to be subjected to image measurement using the PIV is a gas-liquid two-phase flow, the brightness and size of the particles are obtained using the optical separation device and the threshold value. With the image processing device that separates gas and liquid from both information, the gas-liquid two phases are efficiently separated, the flow field analysis accuracy is improved, and the fluid velocity can be measured with high accuracy and precision. .

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る流体計測装置の第１の実施の形態を示す図である。図１において、１はトレーサ粒子と気泡とを含む気液二相流の流体２が流れる流動場、３は流体２にレーザ光を照射するレーザ発振装置、４はレーザ発振装置３から流体２に対して照射されるレーザ光５を薄いシート状にするシリンドリカルレンズ、６はレーザ光５を流体２に対してパルス照射させるためのパルスジェネレータ、７ａ、７ｂはレーザ発振装置３からのパルス照射と同期させて流動場１の画像を撮影するための２台のＣＣＤカメラ、８ａ、８ｂは２台のＣＣＤカメラ７ａ、７ｂのレンズに各々取り付けられ、気泡とトレーサ粒子とを光学的に分離するための光学フィルタ、９はＣＣＤカメラ７ａ、７ｂで撮影された画像情報が入力される画像処理装置である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a fluid measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a flow field in which a gas-liquid two-phase fluid 2 including tracer particles and bubbles flows, 3 is a laser oscillation device that irradiates the fluid 2 with laser light, and 4 is a laser oscillation device 3 to the fluid 2. A cylindrical lens that forms a thin sheet of the laser beam 5 to be irradiated, a pulse generator 6 for irradiating the laser beam 5 with a pulse to the fluid 2, and 7a and 7b synchronized with the pulse irradiation from the laser oscillation device 3. The two CCD cameras 8a and 8b for taking an image of the flow field 1 are attached to the lenses of the two CCD cameras 7a and 7b, respectively, for optically separating the bubbles and the tracer particles. An optical filter 9 is an image processing apparatus to which image information captured by the CCD cameras 7a and 7b is input.

図２は、レーザ光の波長とトレーサ粒子として用いる蛍光粒子の発光スペクトルとを比較して示した波形図である。
一般に、トレーサ粒子として用いる蛍光粒子はレーザ光を励起光として吸収し、発光するが、蛍光波長１０と励起光であるレーザ光波長１１とは通常、波長が異なる。 FIG. 2 is a waveform diagram comparing the wavelength of the laser light and the emission spectrum of the fluorescent particles used as the tracer particles.
In general, fluorescent particles used as tracer particles absorb laser light as excitation light and emit light, but the fluorescence wavelength 10 and the laser light wavelength 11 which is excitation light are usually different in wavelength.

本実施の形態においては、気液二相流の流体２にレーザ光５を照射した場合、液体２に追従するトレーサ粒子として用いた蛍光粒子からの発光と、気泡からのレーザ光の散乱光との波長の違いを利用して、光学フィルタ８ａ、８ｂによってそれぞれを分離し、２台のＣＣＤカメラ７ａ、７ｂで撮影することにより、これらの光学的分離手段により液体の画像と気泡の画像とを分離した画像情報として別々に取り込む。   In the present embodiment, when the laser beam 5 is irradiated to the gas-liquid two-phase flow fluid 2, light emission from the fluorescent particles used as tracer particles following the liquid 2, and scattered light of the laser beam from the bubbles Are separated by optical filters 8a and 8b and photographed by two CCD cameras 7a and 7b, so that the liquid image and the bubble image are obtained by these optical separation means. Captured separately as separated image information.

図３は、これを利用した光学的分離手法の概念図である。トレーサ粒子１２と気泡１３とを含む流体２にレーザ光５を照射すると、トレーサ粒子１２はある波長ピークをもつスペクトルで発光し、一方、気泡１３はレーザ光による散乱光を発する。   FIG. 3 is a conceptual diagram of an optical separation method using this. When the fluid 2 including the tracer particles 12 and the bubbles 13 is irradiated with the laser light 5, the tracer particles 12 emit light with a spectrum having a certain wavelength peak, while the bubbles 13 emit scattered light by the laser light.

したがって、高波長透過フィルタと低波長透過フィルタの２種類の光学フィルタ８ａ、８ｂを用いてトレーサ粒子１２からの蛍光と気泡１３からのレーザ光の反射光とを別々に画像撮影することにより、トレーサ粒子からの発光と気泡からの散乱光とを分離した画像情報として得ることができる。   Accordingly, by separately capturing images of the fluorescence from the tracer particles 12 and the reflected light of the laser beam from the bubbles 13 using two types of optical filters 8a and 8b, a high wavelength transmission filter and a low wavelength transmission filter, the tracer It is possible to obtain image information obtained by separating light emission from particles and scattered light from bubbles.

しかしながら、前記のような光学的分離手法のみでは、気泡とトレーサ粒子とをある程度分離した画像情報として取り出すことができるが、トレーサ粒子からの発光と気泡からの散乱光との波長帯が幅を持っているため気泡を完全には分離しきれない。
このため、気液の画像情報を光学的に分離した後、さらに画像処理を行うことによって気液の画像を完全に分離するようにする。 However, only the optical separation method as described above can extract the bubble and the tracer particles as image information separated to some extent, but the wavelength band between the light emitted from the tracer particles and the scattered light from the bubbles has a wide range. Therefore, the bubbles cannot be completely separated.
For this reason, after the gas-liquid image information is optically separated, further image processing is performed to completely separate the gas-liquid image.

図４、図５は第１の実施の形態において、前記光学的分離手段により得られたトレーサ粒子を含む液体画像の画像処理の流れを示した図である。
例えば、図５（ａ）に示すように、光学フィルタ８ａを通してＣＣＤカメラ７ａによって撮影されたトレーサ粒子の原画像１４Ａには、輝度が大きく、粒子が極めて小さいトレーサ粒子１２からの発光と、レーザ光が直接あたることによって大きな輝度を持つ、明るい気泡１３ａからの散乱光と、レーザ光の散乱光によって間接的に光る輝度の小さい、暗い気泡１３ｂからの散乱光の３つの画像情報が含まれている。 4 and 5 are diagrams showing a flow of image processing of a liquid image including tracer particles obtained by the optical separation unit in the first embodiment.
For example, as shown in FIG. 5 (a), the original image 14A of the tracer particles photographed by the CCD camera 7a through the optical filter 8a has light emission from the tracer particles 12 with high brightness and extremely small particles, and laser light. Includes three pieces of image information: scattered light from the bright bubble 13a, which has a high luminance by direct exposure to light, and scattered light from the dark bubble 13b, which has a low luminance indirectly emitted by the scattered light of the laser beam. .

これらを、図４に示すフローチャートに基づいて輝度のしきい値で判別することにより気泡の画像情報を完全に区別することができる。したがって、トレーサ粒子の情報のみを残し、気泡の情報のみを消去することができる。   By discriminating these with the threshold value of luminance based on the flowchart shown in FIG. 4, the image information of bubbles can be completely distinguished. Therefore, it is possible to leave only tracer particle information and erase only bubble information.

ここで、そのしきい値は、予め液単相のときの輝度分布を計測することにより、バックグランドの平均的な輝度を求め、またトレーサ粒子を入れたときの平均的な発光輝度を予め求めることにより決定する。   Here, the threshold value is obtained by measuring the luminance distribution in the liquid single phase in advance to obtain the average luminance of the background, and in advance obtaining the average light emission luminance when the tracer particles are inserted. To decide.

図４において、まず、気泡消去プロセスＩ（１５）は、輝度の大きい、明るい気泡を消去するプロセスである。
光学フィルタを通してＣＣＤカメラで撮影したトレーサ粒子の原画像１４Ａを1ピクセルづつ縦列にスキャンして輝度を調べ（Ｓ１）、注目したピクセルと隣合う２つのピクセルの輝度の差I(i、j)と第１のしきい値IT1とを比較し（Ｓ２）、その輝度の差I(i、j)がしきい値IT1以上である場合、その注目したピクセルをトレーサ粒子および気泡を含む粒子であると判断する。 In FIG. 4, the bubble erasing process I (15) is a process for erasing bright bubbles with high brightness.
The original image 14A of the tracer particles photographed by the CCD camera through the optical filter is scanned in a column by pixel to check the luminance (S1), and the luminance difference I (i, j) between two pixels adjacent to the pixel of interest is Compared with the first threshold value I T1 (S2), and if the difference in luminance I (i, j) is equal to or greater than the threshold value I T1 , the pixel of interest is tracer particles and particles containing bubbles. Judge that there is.

このように、トレーサ粒子も明るい気泡も共にバックグランドに対して輝度が大きいため、この輝度の差を利用してトレーサ粒子あるいは明るい気泡のいずれかの粒子であると判断する。   Thus, since both the tracer particles and the bright bubbles have a high luminance with respect to the background, it is determined that the particles are either the tracer particles or the bright bubbles using the difference in luminance.

次に、粒子であると判断されたピクセルの輝度とその周囲８ピクセルの輝度との差を計算し、その差を第２のしきい値IT2と比較し（Ｓ３）、しきい値IT2以下であるピクセルの数をカウントする（Ｓ４）。 Next, the difference between the luminance of the pixel determined to be a particle and the luminance of the surrounding eight pixels is calculated, and the difference is compared with the second threshold value I T2 (S3), and the threshold value I T2 is calculated. The number of the following pixels is counted (S4).

このカウント数Ｃをある値N2と比較し（Ｓ５）、N2以上である場合、すなわち連続して所定の大きさの輝度を持つ大きい部分がある場合、その部分を気泡と判断し、バックグランドの輝度、IBGに変更する（Ｓ６）。
これにより、図５（ｂ）に示すように、まず第１段階では輝度の大きい、明るい気泡画像を消去した気泡消去後画像１４Ｂが得られる。 This count number C is compared with a certain value N 2 (S5), and if it is N 2 or more, that is, if there is a continuous large portion having a predetermined luminance, that portion is determined to be a bubble and back Change to ground brightness, I BG (S6).
As a result, as shown in FIG. 5B, first, in the first stage, a bubble-erased image 14B obtained by erasing a bright bubble image with high luminance is obtained.

さらに、気泡の輪郭とバックグランドの輝度には勾配があるため、前記した画像処理だけでは気泡の輪郭が残される可能性があるため、輝度を修正した該当ピクセルの隣のピクセルをバックグランドの輝度に修正する。
これにより、図５（ｃ）に示すように、第２段階で気泡輪郭部画像を消去した気泡輪郭消去後画像１４Ｂが得られる。 Furthermore, since there is a gradient between the bubble outline and the background brightness, there is a possibility that the bubble outline may be left only by the image processing described above. To correct.
As a result, as shown in FIG. 5C, an after-bubble-contour-erasing image 14B in which the bubble-contour image is erased in the second stage is obtained.

次に、上記の気泡消去プロセスＩの画像処理だけでは、レーザ光のあたっていない面にあるが、乱反射によって写り込んだ輝度の小さい、暗い気泡画像が残る。したがって気泡消去プロセスII（１６）では輝度の小さい、計測面にない暗い気泡画像を消去する。   Next, only the image processing of the above-described bubble erasing process I leaves a dark bubble image with a small brightness reflected by irregular reflection, which is on the surface not exposed to laser light. Therefore, in the bubble erasing process II (16), a dark bubble image with low brightness and not on the measurement surface is erased.

まず、前記第２段階で画像処理された気泡輪郭消去後画像１４Ｂを１ピクセルづつ縦列にスキャンして輝度を調べ（Ｓ７）、第３のしきい値IT3と比較し（Ｓ８）、しきい値IT3以上であるトレーサ粒子のみを残すために、輝度がしきい値、IT3以下であるものをバックグランドの輝度IBGに変更して消去する（Ｓ９）。
これにより、図５（ｄ）に示すように、第３段階で暗い気泡の画像を消去し、完全に気泡画像を消去した最終画像１４Ｄを得ることができる。 First, the bubble contour erased image 14B image-processed in the second stage is scanned in a column by pixel to check the luminance (S7), and compared with the third threshold value I T3 (S8). In order to leave only the tracer particles having a value of I T3 or higher, the luminance having a threshold value of I T3 or lower is changed to the background luminance I BG and erased (S9).
As a result, as shown in FIG. 5D, it is possible to erase the image of dark bubbles in the third stage and obtain a final image 14D in which the bubble image is completely erased.

このように本実施の形態によれば、計測の対象とする流れが気液二相流の場合において、
トレーサ粒子からの発光と気泡からの散乱光とを光学的分離装置により分離し、その後光学的分離装置により得られたトレーサ粒子の画像情報をしきい値を用いて、粒子の明るさと大きさとで気液を分離する画像処理を施しているので、流動場の解析精度が向上し、流体の速度の計測を高精度に、かつ精密に行うことができる。 Thus, according to the present embodiment, in the case where the flow to be measured is a gas-liquid two-phase flow,
The light emission from the tracer particles and the scattered light from the bubbles are separated by an optical separation device, and the image information of the tracer particles obtained by the optical separation device is then used to determine the brightness and size of the particles using threshold values. Since the image processing for separating the gas and liquid is performed, the analysis accuracy of the flow field is improved, and the velocity of the fluid can be measured with high accuracy and precision.

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態の説明において、図１に示す本発明の第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following description of the embodiment, the same parts as those in the first embodiment of the present invention shown in FIG.

図６は本発明の第２の実施の形態を示す図で、３ａ、３ｂはレーザ光源となる２台のレーザ発振装置で、流体２を挟むように両側の対向した位置に配置し、流体２に対してシート状のレーザ光で形成される計側面を一致させて流体２の両側からレーザ光５ａ、５ｂを照射する。
それぞれのレーザ発振装置３ａ、３ｂからのレーザ光５ａ、５ｂの照射により得られた画像情報は合成されて画像処理される。 FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. Reference numerals 3a and 3b denote two laser oscillation devices serving as laser light sources, which are arranged at opposite positions on both sides so as to sandwich the fluid 2, and the fluid 2 The side surfaces of the fluid 2 are irradiated with the laser beams 5 a and 5 b with the side surfaces formed by the sheet-like laser beams being made coincident with each other.
Image information obtained by irradiation of the laser beams 5a and 5b from the respective laser oscillation devices 3a and 3b is synthesized and image-processed.

レーザ光を計測対象となる流体に対してに片側から１台で照射した場合、流れに気泡を含んでいると、気泡の界面においてレーザ光が散乱し、レーザ光源から遠いほどレーザ強度が減衰する。したがって、レーザ光源から遠い計測範囲では、トレーサ粒子および気泡の画像の鮮明度が低下し、計測精度が低下する。   When laser light is irradiated from one side to the fluid to be measured, if the flow contains bubbles, the laser light is scattered at the interface of the bubbles, and the laser intensity decreases as the distance from the laser light source increases. . Therefore, in the measurement range far from the laser light source, the sharpness of the image of the tracer particles and bubbles is lowered, and the measurement accuracy is lowered.

本実施の形態のように、流体２に対して両側の対向した位置からレーザ光５ａ、５ｂを照射することにより、計側面全領域にわたって均一な明るさが得られ、計測精度の向上が図れる。   By irradiating the fluid 2 with the laser beams 5a and 5b from opposite positions on both sides as in the present embodiment, uniform brightness can be obtained over the entire side surface area, and the measurement accuracy can be improved.

また、別の実施の形態として、図示しないが、まず１台のレーザ発振装置で片面から流体にレーザ光を照射して画像情報を取得し、さらにレーザ発振装置を移動させて流体の反対側の位置からレーザ光を照射して画像情報を取得し、これらの画像情報から得られる画像解析結果を合成することにより測定するようにしてもよい。   As another embodiment, although not shown, first, laser light is irradiated from one surface to the fluid with one laser oscillation device to acquire image information, and the laser oscillation device is moved to move the laser oscillation device on the opposite side of the fluid. Measurement may be performed by irradiating laser light from a position to acquire image information and combining image analysis results obtained from the image information.

この場合、レーザ発振装置をレール上の可動テーブルに設置し、さらにレーザ発振装置に直交する位置にＣＣＤカメラを設置することにより、可動テーブルを移動するだけで、両者の位置関係を変えずに、同一高さの任意の角度からレーザ光を照射することができる。   In this case, by installing the laser oscillation device on the movable table on the rail and further installing the CCD camera at a position orthogonal to the laser oscillation device, without moving the movable table and changing the positional relationship between the two, Laser light can be irradiated from any angle at the same height.

本発明の第１の実施の形態による流体計測装置を示す概略構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic block diagram which shows the fluid measuring device by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態による流体計測装置の原理を説明するための波長スペクトル図。The wavelength spectrum figure for demonstrating the principle of the fluid measuring device by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態による流体計測装置の原理を説明するための波長分離概念図。The wavelength separation conceptual diagram for demonstrating the principle of the fluid measuring device by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態による流体計測装置の作用を説明するための画像処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the image processing for demonstrating the effect | action of the fluid measuring device by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態による流体計測装置の作用を説明するための画像処理の概略図。Schematic of the image processing for demonstrating the effect | action of the fluid measuring device by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態による流体計測装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the fluid measuring device by the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…流動場、２…流体、３，３ａ，３ｂ…レーザ発振装置、４，４ａ，４ｂ…シリンドリカルレンズ、５，５ａ，５ｂ…レーザ光、６…パルスジェネレータ、７ａ，７ｂ…ＣＣＤカメラ、８ａ，８ｂ…光学フィルタ、９…画像処理装置、１０…蛍光波長、１１…レーザ光波長、１２…トレーサ粒子、１３…気泡、１３ａ…明るい気泡、１３ｂ…暗い気泡、１４Ａ…原画像、１４Ｂ…気泡消去後画像、１４Ｃ…気泡輪郭消去後画像、１４Ｄ…最終画像、１５…気泡消去プロセスＩ、１６…気泡消去プロセスII。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow field, 2 ... Fluid, 3, 3a, 3b ... Laser oscillator, 4, 4a, 4b ... Cylindrical lens, 5, 5a, 5b ... Laser beam, 6 ... Pulse generator, 7a, 7b ... CCD camera, 8a , 8b ... Optical filter, 9 ... Image processing device, 10 ... Fluorescence wavelength, 11 ... Laser light wavelength, 12 ... Tracer particle, 13 ... Bubble, 13a ... Bright bubble, 13b ... Dark bubble, 14A ... Original image, 14B ... Bubble Image after erasure, 14C: Image after bubble outline erasure, 14D: Final image, 15 ... Bubble erasure process I, 16 ... Bubble erasure process II.

Claims (9)

トレーサ粒子と気泡とを含む気液二相流の流体にレーザ光を照射するレーザ発振装置と、レーザ光の照射によるトレーサ粒子の発光と気泡からの散乱光とを分離して画像情報として取り込む光学的分離装置と、前記光学的分離装置により得られたトレーサ粒子の画像から予め定めたしきい値を用いて、粒子の明るさと大きさでトレーサ粒子と気泡を区別する画像処理装置とからなることを特徴とする流体計測装置。   Laser oscillation device that irradiates laser light to gas-liquid two-phase flow fluid including tracer particles and bubbles, and optics that separates light emission of tracer particles and scattered light from bubbles by laser light irradiation and captures them as image information And an image processing device that distinguishes tracer particles and bubbles by the brightness and size of the particles using a predetermined threshold value from the image of the tracer particles obtained by the optical separation device. A fluid measuring device. 前記光学的分離装置は、トレーサ粒子の発光と気泡からの散乱光とに対応した波長フィルタを各々有する少なくとも２台のＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１記載の流体計測装置。   2. The fluid measuring device according to claim 1, wherein the optical separation device is at least two CCD cameras each having a wavelength filter corresponding to emission of tracer particles and scattered light from bubbles. 前記画像処理装置は、前記光学的分離装置により取り込まれたトレーサ粒子の画像を１ピクセルずつ縦列に輝度を調べ、隣合う２つのピクセルの輝度の差がしきい値以上であれば粒子であると判定することを特徴とする請求項１記載の流体計測装置。   The image processing device examines the luminance of the tracer particle image captured by the optical separation device in a column by pixel, and if the difference in luminance between two adjacent pixels is equal to or greater than a threshold value, the image processing device is a particle. The fluid measuring device according to claim 1, wherein the fluid measuring device is determined. 前記しきい値は、予め液単相のバックグランドの輝度と粒子の輝度分布とを得ることにより決定することを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の流体計測装置。   4. The fluid measuring device according to claim 1, wherein the threshold value is determined in advance by obtaining a liquid single-phase background luminance and a particle luminance distribution. 5. 前記粒子と判定されたらピクセルの周囲８ピクセルの輝度を調べ、しきい値以上の粒子が決められた数以上あれば、それらを気泡画像と判定し、バックグランドの輝度に修正することを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の流体計測装置。   If it is determined that the particles are present, the brightness of 8 pixels around the pixel is checked, and if the number of particles equal to or greater than the threshold is equal to or greater than a predetermined number, it is determined as a bubble image and corrected to the background brightness. The fluid measuring device according to claim 1 or 3. 前記バックグランドの輝度に修正したピクセルのまわりのピクセルの輝度をバックグランドの輝度に修正することを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の流体計測装置。   4. The fluid measuring device according to claim 1, wherein the luminance of pixels around the pixel corrected to the luminance of the background is corrected to the luminance of the background. 5. 前記レーザ発振装置を流体の互いに対向する側にそれぞれ配置し、レーザシートで形成されるレーザ計測面を一致させて流体にレーザ光を照射して画像情報を得ることを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の流体計測装置。   The laser oscillation device is disposed on each side of the fluid facing each other, the laser measurement surfaces formed by the laser sheets are made to coincide, and the fluid is irradiated with laser light to obtain image information. 4. The fluid measuring device according to any one of 3. 前記レーザ発振装置を流体の一方の側に配置して流体にレーザ光を照射し、その後レーザ装置を対向する流体の他方の側からレーザシートで形成されるレーザ計測面を一致させて流体にレーザ光を照射して画像情報を得ることができるようにレーザ発振装置を移動可能としたことを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の流体計測装置。   The laser oscillation device is arranged on one side of the fluid to irradiate the fluid with laser light, and then the laser device is made to coincide with the laser measurement surface formed by the laser sheet from the other side of the fluid facing the laser. 4. The fluid measuring device according to claim 1, wherein the laser oscillation device is movable so that image information can be obtained by irradiating light. 一方の側からレーザ光を照射して得た画像情報と対向する側からレーザ光を照射して得た画像情報とを合成することを特徴とする請求項７乃至８のいずれかに記載の流体計測装置。

9. The fluid according to claim 7, wherein image information obtained by irradiating laser light from one side and image information obtained by irradiating laser light from the opposite side are synthesized. Measuring device.

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