JP2010101881A - Particle photographing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、濃密に気体中又は液体中を分散飛翔する微粒子群挙動の計測技術において使用される粒子撮影装置に関するものである。本発明は殊に、気体中又は液体中に濃密に分散飛翔した微粒子群における粒子個々の粒子速度、粒子径、粒子形状等の粒子特徴量を計測する粒子撮影・計測システムに使用可能なプローブ形粒子撮影装置に関するものである。 The present invention relates to a particle photographing apparatus used in a measurement technique of fine particle group behavior that densely disperses and flies in a gas or liquid. In particular, the present invention is a probe type that can be used in a particle imaging / measuring system for measuring particle feature quantities such as particle velocity, particle diameter, and particle shape of particles in a group of fine particles densely dispersed and flying in a gas or liquid. The present invention relates to a particle imaging apparatus.
気体中又は液体中を分散飛翔する微粒子群に含まれる粒子個々の粒子速度、粒子径等を計測する方法として、位相ドップラ法、シャドウドップラ法、直接撮影法、レーザ干渉画像法等が知られている。 Known methods for measuring the particle velocity, particle diameter, etc. of particles contained in a group of fine particles dispersed and flying in gas or liquid include phase Doppler, shadow Doppler, direct imaging, and laser interference imaging. Yes.
直接撮影法は、非特許文献1に記載されるように、分散飛翔する粒子群の後方から照明し、照明装置と対向する位置に配置されたCCDカメラ等の撮像装置によって粒子の影写真を撮影し、これにより、個々の粒子の速度及び大きさ等を計測する手法である。直接撮影法は、比較的安価な装置を用いて計測システムを構成することができ、しかも、複雑な調整や校正等を必要とせずに手軽に計測し得ることから、従来より、様々な分野において利用されてきた。
As described in
直接撮影法においては、撮影された粒子の影写真を画像解析することによって、粒子径や粒子形状等を測定することができる。また、二重露光撮影、高速度カメラ撮影、パルスレーザ及びデジタルCCDカメラを用いたフレームまたぎ撮影等により、飛翔する粒子を短い時間間隔で連続撮影して粒子の飛翔距離を測定し、飛翔距離の測定値を時間間隔で除すことにより、粒子の飛翔速度を測定することができる。 In the direct imaging method, the particle diameter, the particle shape, and the like can be measured by image analysis of a shadow photograph of the captured particle. In addition, by double exposure shooting, high-speed camera shooting, frame laser shooting using a pulse laser and a digital CCD camera, etc., the flying particles are continuously shot at short time intervals to measure the flying distance of the particles. By dividing the measured value by the time interval, the flying speed of the particles can be measured.
直接撮影法よれば、粒子形状の影響を受けずに測定を実施し得るので、粒子形状が真球であることを仮定する位相ドップラ法やレーザ干渉画像法に比べ、幅広い適用範囲を有する点で優位性がある。 According to the direct imaging method, the measurement can be performed without being affected by the particle shape. Therefore, the direct imaging method has a wider application range than the phase Doppler method and the laser interference imaging method which assume that the particle shape is a true sphere. There is an advantage.
このような直接撮影法においては、微粒子を前方から照明した場合、粒子形状や材質に依存した複雑な光散乱特性が顕れる。このため、撮影される粒子像は粒子の大きさや粒子形状を反映せず、従って、粒子計測上の要求を満たすことができない。このような事情より、直接撮影法においては、粒子を後方から照らす背景照明を行う必要があり、従って、照明装置及び撮像装置は、特許文献1に示されるように、計測対象の粒子群を挟んで互いに対向した位置に配置される。
In such a direct imaging method, when the fine particles are illuminated from the front, complicated light scattering characteristics depending on the particle shape and material appear. For this reason, the photographed particle image does not reflect the size or shape of the particle, and therefore cannot satisfy the requirements for particle measurement. Under such circumstances, in the direct imaging method, it is necessary to perform background illumination that illuminates particles from the back. Therefore, as shown in
しかしながら、直接撮影法にあっては、対向配置された撮影装置及び照明装置の間に存在する全ての粒子が撮影されるので、計測箇所の手前又は奥の位置において被写界深度を外れた位置に存在する粒子の像がぼけるという問題が生じる。像のぼけが生じると、小さな粒子像を検出することができず、また、大きな粒子像の撮像結果から得られた測定値は、その誤差が増大してしまう。この対策として、撮影された粒子の奥行き方向位置を何らかの方法で特定し、被写界深度を外れた粒子像を計測対象から排除する工夫が必要であった。 However, in the direct imaging method, since all particles existing between the imaging device and the illumination device arranged opposite to each other are imaged, a position outside the depth of field at a position before or behind the measurement point The problem arises that the image of particles present in the image is blurred. When image blurring occurs, a small particle image cannot be detected, and the measurement value obtained from the result of capturing a large particle image increases its error. As a countermeasure, it has been necessary to devise a method for specifying the position in the depth direction of the photographed particle by some method and excluding the particle image outside the depth of field from the measurement target.
被写界深度外の粒子像を計測対象から排除する具体的手段として、以下の方法が過去に提案されている。 The following methods have been proposed in the past as specific means for excluding particle images outside the depth of field from the measurement target.
(1)背景照明で撮影された粒子像の周りに生じる回折リングの特性を利用して粒子の奥行き方向位置を特定する(非特許文献2、非特許文献3)。
(1) The position of the particle in the depth direction is specified using the characteristics of the diffraction ring generated around the particle image photographed with background illumination (
(2)背景照明で撮影された粒子像エッジにおける輝度変化の鋭さに基づいて粒子の奥行き方向位置を判定する(非特許文献4、非特許文献5)。
(2) Determining the position of the particle in the depth direction based on the sharpness of the luminance change at the edge of the particle image taken with background illumination (
(3)背景照明で撮影された粒子像エッジにおける輝度勾配に基づいて粒子の奥行き方向位置を判定する(非特許文献6)。 (3) The depth direction position of the particle is determined based on the luminance gradient at the particle image edge photographed with background illumination (Non-Patent Document 6).
(4)粒子供給装置を工夫することによって粒子群が被写界深度内のみに存在するよう粒子群を導く(特許文献1)。 (4) By devising the particle supply device, the particle group is guided so that the particle group exists only within the depth of field (Patent Document 1).
しかし、上記非特許文献2〜6に記載された計測方法においては、粒子像の輝度分布から抽出する情報と粒子の奥行き方向位置との関係を事前に校正しておく必要があり、複雑な調整や校正を必要とせずに手軽に計測できるという直接撮影法の利点が損なわれる。
However, in the measurement methods described in
また、上記特許文献1に記載の計測方法は、粒子供給装置への工夫が可能であって被写界深度内に粒子群を導くことができる場合に限られた方法であり、噴霧ノズルや塗装ベルから空間中に噴出する粒子群の計測の如く、粒子群の挙動及び移動を制御し難い性状又は条件の粒子群の計測には適応し難い。
Further, the measurement method described in
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複雑な調整や校正を必要とせずに手軽に計測できる直接撮影法の利点を損なうことなく、直接撮影法において生じ得る粒子像のぼけの問題を解消することができる粒子撮影装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to directly shoot without losing the advantages of the direct photographing method that can be easily measured without requiring complicated adjustment and calibration. It is an object of the present invention to provide a particle imaging apparatus capable of solving the problem of particle image blur that may occur in the law.
本発明は、上記目的を達成すべく、粒子特徴量を測定するための粒子撮影装置において、
浮遊粒子群又は飛翔粒子群を含む流体の中に挿入されるプローブ部と、
前記プローブ部の軸芯部に形成された光路を介して前記粒子群の粒子を撮像する撮像装置と、
前記プローブ部の先端部から該プローブ部の基端部に向かって背景照明を供給する照明手段とを備え、
前記プローブ部の軸部は、該プローブ部の外面に開口し、前記軸部の軸線を横断する方向に該軸部を貫通する前記粒子群の通路と、前記粒子群が前記撮影装置の被写界深度の範囲内を通過するように、前記被写界深度に相応する寸法に粒子群通路の通路幅を規制する通路幅規制手段とを有することを特徴とする粒子撮影装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a particle imaging apparatus for measuring a particle feature amount,
A probe unit inserted into a fluid containing suspended particles or flying particles; and
An imaging device that images the particles of the particle group via an optical path formed in an axial core portion of the probe unit;
Illuminating means for supplying background illumination from the distal end portion of the probe portion toward the proximal end portion of the probe portion;
The shaft portion of the probe portion is open to the outer surface of the probe portion, and the passage of the particle group penetrating the shaft portion in a direction transverse to the axis of the shaft portion; There is provided a particle imaging apparatus comprising passage width restricting means for restricting the passage width of a particle group passage to a size corresponding to the depth of field so as to pass through a range of depth of field.
本発明の粒子撮影装置によれば、濃密に飛翔する粒子群等の内部にプローブ部分を挿入することにより、流体中に浮遊した粒子をプローブ部の粒子群通路内に流入せしめるとともに、粒子を撮影するための背景光によって粒子の画像データを取得することができる。 According to the particle imaging apparatus of the present invention, by inserting a probe part into a densely flying particle group or the like, particles suspended in the fluid are allowed to flow into the particle group passage of the probe part and the particle is imaged. The image data of the particles can be acquired by the background light for the purpose.
また、本発明によれば、粒子群通路の開口に接近した粒子群は粒子群通路を通過する。撮像装置は、背景照明の存在下に粒子群の粒子を撮像する。通路幅規制手段は、被写界深度に相応する寸法に粒子群通路の通路幅を規制し、粒子群は、撮影装置の被写界深度の範囲内を確実に通過する。従って、本発明の粒子撮影装置によれば、撮影すべき粒子群の通過位置は、被写界深度に限定されるので、粒子像がぼけることなく、粒子を撮影することができる。また、本発明の粒子撮影装置によれば、撮影の際に粒子群の通過域を予測して被写界深度を決定し又は推測する手間を省略することができるので、粒子計測を効率的に実施することができる。 Further, according to the present invention, the particle group approaching the opening of the particle group passage passes through the particle group passage. The imaging device images particles of a particle group in the presence of background illumination. The passage width restricting means restricts the passage width of the particle group passage to a size corresponding to the depth of field, and the particle group reliably passes through the range of the depth of field of the photographing apparatus. Therefore, according to the particle imaging apparatus of the present invention, the passage position of the particle group to be imaged is limited to the depth of field, so that the particle can be imaged without blurring the particle image. Further, according to the particle imaging apparatus of the present invention, it is possible to omit the trouble of determining or estimating the depth of field by predicting the passing area of the particle group at the time of imaging, so that the particle measurement can be efficiently performed. Can be implemented.
更に、本発明の粒子撮影装置によれば、背景照明を供給する光学系と、粒子群を撮影する光学系の二つの光学系が同一の軸部又は筒体に設けられた計測用探子(プローブ)形態のプローブ状装置構成を採用することができる。このようなプローブ形態の粒子撮影装置は、その検知部又は検出部を粒子群内部の所望の位置に容易に挿入することができるので、極めて有利である。 Furthermore, according to the particle imaging apparatus of the present invention, a measurement probe (probe) in which two optical systems, an optical system for supplying background illumination and an optical system for imaging a particle group, are provided on the same shaft or cylinder. ) Type probe-like device configuration can be employed. Such a particle imaging apparatus in the form of a probe is extremely advantageous because the detection unit or the detection unit can be easily inserted into a desired position inside the particle group.
他の観点より、本発明は、上記構成の粒子撮影装置と、撮影した画像を保存するとともに、粒子画像処理手段を用いて粒子特徴量を計測する計測手段とを有する粒子撮影・計測システムを提供する。 From another viewpoint, the present invention provides a particle imaging / measurement system having a particle imaging apparatus having the above-described configuration and a measurement unit that stores the captured image and measures the particle feature amount using the particle image processing unit. To do.
本発明の粒子撮影・計測システムによれば、撮影系及び照明系をコンパクトに一体化したプローブ部を濃密粒子群の内部に挿入し、これにより、濃密粒子群の内部の粒子特徴量を計測することができる。 According to the particle imaging / measurement system of the present invention, a probe unit in which an imaging system and an illumination system are integrated in a compact manner is inserted into the dense particle group, thereby measuring the particle feature amount inside the dense particle group. be able to.
なお、本発明において、粒子群は、多数の固体粒子、多数の半固体粒子、多数の液滴、更には、これら固体、半固体、液体の粒子が混在した粒子群を含む概念であり、また、流体は、気体及び液体を含む概念である。 In the present invention, the particle group is a concept including a large number of solid particles, a large number of semi-solid particles, a large number of liquid droplets, and a particle group in which these solid, semi-solid, and liquid particles are mixed. A fluid is a concept including a gas and a liquid.
本発明の粒子撮影装置によれば、複雑な調整や校正を必要とせずに手軽に計測できる直接撮影法の利点を損なうことなく、直接撮影法において生じ得る粒子像のぼけの問題を解消することができる。 The particle imaging apparatus of the present invention eliminates the problem of blurring of the particle image that can occur in the direct imaging method without losing the advantages of the direct imaging method that can be easily measured without requiring complicated adjustments and calibrations. Can do.
本発明の好適な実施形態によれば、上記通路幅規制手段は、プローブ部の軸部の周方向に延びるスリットからなる。スリットにより形成される粒子通過孔又は通過開孔の機構は、プローブ部の筒体内又は管内において粒子群が被写界深度の範囲内の領域を通過するように作用する。スリットは、粒子群を含む流体が粒子群通路内に流入し又は粒子群通路から流出するための流入側開口及び流出側開口をプローブ部の外面に形成し、プローブ部の軸部の軸線と直交する流体の流れが上記通路内に形成される。好ましくは、スリットは、実質的に均一な幅を有し、スリットによって形成される流路は、プローブ部の軸部の軸線と直交する方向に延びる。更に好ましくは、スリットの中心線は、軸部の軸線と直交し且つ粒子撮影装置の焦点を含む構面内に位置し、プローブ部の筒体内又は管内領域には、プローブ部の軸部の軸線と直交する流体の流れが形成される。 According to a preferred embodiment of the present invention, the passage width restricting means comprises a slit extending in the circumferential direction of the shaft portion of the probe portion. The mechanism of the particle passage hole or passage opening formed by the slit acts so that the particle group passes through a region within the depth of field in the cylinder or tube of the probe portion. The slit forms an inflow side opening and an outflow side opening for allowing a fluid containing the particle group to flow into or out of the particle group channel on the outer surface of the probe unit, and is orthogonal to the axis of the shaft unit of the probe unit A fluid flow is formed in the passage. Preferably, the slit has a substantially uniform width, and the flow path formed by the slit extends in a direction orthogonal to the axis of the shaft portion of the probe portion. More preferably, the center line of the slit is located in a plane perpendicular to the axis of the shaft part and including the focal point of the particle imaging apparatus, and the axis of the shaft part of the probe part is located in the cylinder or in the tube region of the probe part. A flow of fluid perpendicular to is formed.
このように構成された粒子撮影装置によれば、粒子群を含む流体の通過位置をスリット形の通過孔機構又は通過開孔機構によって被写界深度の範囲内に限定することができるので、時間及び手間を要する撮影時の被写界深度調整作業を省略することができる。また、熟練技術を要することなく、流体の計測を簡単に行うことも可能となるので、粒子特徴量の撮影の作業性が大幅に改善する。 According to the particle imaging apparatus configured as described above, the passage position of the fluid including the particle group can be limited to the depth of field by the slit-type passage hole mechanism or the passage opening mechanism, so that the time In addition, it is possible to omit the depth-of-field adjustment operation at the time of photographing that requires labor. In addition, since it is possible to easily measure the fluid without requiring skill, it is possible to greatly improve the workability of capturing the particle feature amount.
また、上記構成の粒子撮影装置によれば、濃密に飛翔する粒子群に対し、スリットを有するプローブ部の部分のみを粒子群の内部に挿入することにより、撮像すべき粒子が粒子撮影装置の被写界深度の範囲内のみを通過するようにすることができるので、被写界深度を外れた粒子の撮影を回避し、被写界深度内を通過する粒子のみを計測対象にすることができる。このため、従来の直接撮影法が抱える粒子像のぼけの問題を解決し、従来の直接撮影法では計測し得なかった濃密粒子群の内部の粒子特徴量を計測することが可能となる。 Further, according to the particle imaging apparatus having the above-described configuration, by inserting only the portion of the probe portion having a slit into the densely flying particle group, the particles to be imaged are covered by the particle imaging apparatus. Since it is possible to pass only within the range of the depth of field, it is possible to avoid photographing particles out of the depth of field and to set only the particles passing within the depth of field to be measured. . For this reason, it is possible to solve the problem of blurring of the particle image that the conventional direct imaging method has, and to measure the particle feature amount inside the dense particle group that could not be measured by the conventional direct imaging method.
所望により、プローブ部は、スリットによって分割されたプローブ部の部分を相互連結する架橋連結部を有し、スリットは、架橋連結部によって流入側開口と流出側開口とに分割される。 If desired, the probe portion has a bridge connecting portion that interconnects the portions of the probe portion divided by the slit, and the slit is divided into an inflow side opening and an outflow side opening by the bridging connection portion.
好ましくは、プローブ部は、中空の筒体又は管体からなり、プローブ部の筒体内又は管内には、撮影レンズ系が配設される。このようにプローブ部内に撮影レンズ系を設けることによって、濃密粒子群の内部の粒子に対して近接撮影を行うことができ、空間分解能が高い計測を実現することができる。 Preferably, the probe unit is formed of a hollow cylinder or tube, and a photographing lens system is disposed in the cylinder or tube of the probe unit. By providing the imaging lens system in the probe unit in this way, close-up imaging can be performed on particles inside the dense particle group, and measurement with high spatial resolution can be realized.
好ましくは、撮影レンズ系を構成する光学レンズ系はテレセントリックレンズを有する。このようにテレセントリックレンズを用いることにより、被写界深度内に存在する粒子を常に同じ大きさとして撮影することが可能となるので、粒子の大きさ及び形状の計測精度を向上することができる。 Preferably, the optical lens system constituting the photographing lens system includes a telecentric lens. By using the telecentric lens in this way, it is possible to always photograph the particles existing in the depth of field as the same size, so that the measurement accuracy of the size and shape of the particles can be improved.
本発明の或る好ましい実施形態において、粒子群が粒子群通路内に侵入するのを阻止するように該通路の流入側開口及び流出側開口を選択的に閉鎖する通路開閉手段がプローブ部に配設される。 In a preferred embodiment of the present invention, passage opening / closing means for selectively closing the inflow side opening and the outflow side opening of the passage so as to prevent the particle group from entering the particle group passage is disposed in the probe portion. Established.
本発明の他の好ましい実施形態において、プローブ部内には、プローブ部の軸部に沿って延びる背景照明光供給用の光路が配設され、背景照明光は、軸部の軸芯に沿ってプローブ部の先端部に導かれた後、プローブ部の先端部から該プローブ部の基端部に向かって照射される。好適には、光路は、照明用光ファイバによって形成される。このようにプローブ部の筒体内又は管体内に照明用光ファイバを備えることにより、直接撮影法において必要とされる背景照明を光ファイバによって供給するとともに、プローブ部内に背景照明の光路を組込んだ一体的且つコンパクトな粒子撮影装置を提供することができる。例えば、本発明の粒子撮影装置は、粒子群の流体内に片手で挿入できるようなコンパクトな装置形態に設計し得るので、計測すべき流体内に極めて容易に設置することが可能となるとともに、その利便性を大幅に向上することができる。 In another preferred embodiment of the present invention, an optical path for supplying background illumination light extending along the shaft portion of the probe portion is disposed in the probe portion, and the background illumination light is probed along the axis of the shaft portion. After being guided to the distal end portion of the probe portion, irradiation is performed from the distal end portion of the probe portion toward the proximal end portion of the probe portion. Preferably, the optical path is formed by an illumination optical fiber. In this way, by providing an optical fiber for illumination in the tube or tube of the probe unit, the background illumination required in the direct imaging method is supplied by the optical fiber, and an optical path for background illumination is incorporated in the probe unit. An integral and compact particle imaging apparatus can be provided. For example, the particle imaging device of the present invention can be designed in a compact device form that can be inserted into the fluid of the particle group with one hand, so that it can be installed very easily in the fluid to be measured, The convenience can be greatly improved.
本発明の更に他の好ましい実施形態において、粒子撮影装置は、粒子群を粒子群通路内に誘引する粒子群誘引手段を備える。好ましくは、粒子群通路内に滞留又は残留した粒子を該通路から圧力下に排出する粒子排出手段が粒子撮影装置に更に設けられる。 In still another preferred embodiment of the present invention, the particle imaging apparatus includes particle group attracting means for attracting the particle group into the particle group passage. Preferably, the particle photographing device is further provided with particle discharging means for discharging particles staying or remaining in the particle group passage from the passage under pressure.
本発明の更に他の好ましい実施形態においては、粒子撮影装置は、前述の通路幅を可変設定可能にする通路寸法調整手段を更に有する。例えば、通路寸法調整手段は、スライド部を有する伸縮式の架橋連結部、或いは、スライド式円筒形シャッターからなる。所望により、粒子撮影装置は、スライド部又はシャッターの位置を固定又は解放する係止手段又は固定手段を有する。このような通路寸法調整手段を備えた粒子撮影装置によれば、粒子群通路の通路幅を可変設定し又は微調節することができるので、被写界深度に相応する最適な寸法に通路幅を設定することができる。また、このような通路寸法調整手段を備えた粒子撮影装置によれば、粒子群通路の通路幅を任意の寸法に設定することができるので、粒子群通路を通過する粒子の数を適当に減少させ又は増量するように通路幅を任意に設定することが可能となる。 In still another preferred embodiment of the present invention, the particle imaging apparatus further includes a passage size adjusting means that allows the passage width to be variably set. For example, the passage size adjusting means is composed of an expansion / contraction type bridging connecting portion having a slide portion, or a slide type cylindrical shutter. If desired, the particle imaging apparatus includes a locking unit or a fixing unit that fixes or releases the position of the slide unit or the shutter. According to the particle imaging apparatus provided with such a passage size adjusting means, the passage width of the particle group passage can be variably set or finely adjusted, so that the passage width is set to an optimum size corresponding to the depth of field. Can be set. Further, according to the particle imaging apparatus provided with such a passage size adjusting means, the passage width of the particle group passage can be set to an arbitrary size, so that the number of particles passing through the particle group passage is appropriately reduced. It is possible to arbitrarily set the passage width so as to increase or increase the amount.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、粒子撮影・計測システムの装置系構成を全体的に示す概略斜視図であり、図2は、図1に示す粒子撮影装置の構成を示す平面図、側面図及び正面図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing the overall configuration of the particle imaging / measurement system, and FIG. 2 is a plan view, a side view, and a front view showing the configuration of the particle imaging device shown in FIG.
図1には、本発明の好適な実施例に係る粒子撮影装置を含む粒子撮影・計測システムの装置系構成が全体的に示されている。粒子撮影装置1は、粒子撮影のための背景照明機能を有する計測プローブ部1aをデジタルCCDカメラ等の撮像装置10に一体的に連結した構造を有する。プローブ部1aは、飛翔粒子群Pの流れの中に挿入可能な円形断面の計測用探子(プローブ)形態を有する。プローブ部1aは、撮像装置10に一体的に連結されたテレセントリックレンズ部分2と、テレセントリックレンズ部分2の先端部に同心状且つ一体的に連結されたアダプタ部分3とから構成される。このようなプローブ形態の粒子撮影装置1は、検知部を構成するアダプタ部分3を飛翔粒子群内部の所望の位置に容易に挿入することができるので、実用的に極めて有利である。
FIG. 1 shows the overall system configuration of a particle imaging / measurement system including a particle imaging apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. The
粒子撮影装置1は更に、飛翔粒子群Pを被写界深度の範囲内において撮影すべく、流体の流路を被写界深度の範囲内に制限するスリット4を有する。スリット4は、撮影光学装置1を構成する筒状アダプタ部分3の周壁に穿設される。スリット4は、プローブ部1aの軸線X−Xと直交する構面においてプローブ部1aの周方向に延びる。プローブ部1aの軸部を貫通する通過孔機構又は通過開孔機構がスリット4によって形成される。
The
スリット4は、被写界深度に相応する寸法の通路幅W(図2)に飛翔粒子群Pの通路を限定する通路幅規制手段を構成し、従って、飛翔粒子群Pは、撮像装置10の被写界深度の範囲内を通過する。即ち、撮像装置10に結像する粒子の被写界は、スリット4の通路幅Wに限定され、スリット4を通過する粒子が、粒子撮影・計測システムの計測対象である。
The
アダプタ部分3は又、アダプタ部分3の先端部に配置された拡散板6を有する。粒子撮影装置1は、照明方式として背景照明を採用した構成のものであり、拡散板6には、背景照明を供給する光ファイバ5が接続される。光ファイバ5及び拡散板6は、プローブ部1aの先端部からプローブ部1aの基端部に向かって背景照明を供給する照明手段を構成する。
The
粒子撮影装置1の寸法及び性能は、例えば、以下のとおり設定される。
・プローブ部の外径D:30mm
・プローブ部の長さL:360mm
・焦点距離:90mm
・拡大倍率:0.7X〜4.5X
・視野:最小2mm(4.5X拡大)、最大15mm(0.7X拡大)
・被写界深度(絞り半開時):最小1mm(4.5X拡大)、最大12mm(0.7X拡大)
The dimensions and performance of the
・ Outer diameter D of probe part: 30mm
・ Probe length L: 360mm
・ Focal length: 90mm
-Magnification: 0.7X to 4.5X
・ Field of view: Minimum 2mm (4.5X magnification), Maximum 15mm (0.7X magnification)
・ Depth of field (half-open): Minimum 1mm (4.5X magnification), Maximum 12mm (0.7X magnification)
撮像装置10として、例えば、以下のデジタルCCDカメラを好適に使用し得る。
・製品名:JAI社製「jAiCV-M2CL」
・有効画素サイズ:1600(h)×1/200(v)
・CCD素子サイズ:11.84mm(h)×8.88mm(v)
・ビット数:10bit
・撮影速度:30fps/dual channel
For example, the following digital CCD camera can be suitably used as the
・ Product name: “jAiCV-M2CL” manufactured by JAI
Effective pixel size: 1600 (h) x 1/200 (v)
・ CCD element size: 11.84mm (h) x 8.88mm (v)
・ Number of bits: 10bit
・ Shooting speed: 30fps / dual channel
粒子撮影装置1を含む粒子撮影・計測システムは、図1に示す如く、レーザ装置11、スペックルキラー12、PC(パーソナルコンピュータ)13、ディレイジェネレータ14及びファンクションジェネレータ15を備える。粒子撮影・計測システムを構成する各装置11〜15は、仮想線(一点鎖線)で示す制御信号線を介して相互に接続されており、後述する如くスリット4を通過する飛翔粒子を可視化して撮影し、撮影した画像を保存するとともに、粒子画像処理アルゴリズムを用いて粒子特徴量(粒子速度、粒子径、粒子形状等)を計測する。
The particle imaging / measurement system including the
レーザ装置11は、撮影用の照明光(背景光)を供給するためのものであり、レーザ装置11としてダブルパルスNd:YAGレーザ(ネオジウム・ヤグレーザ)等を使用することができる。例えば、以下のNd:YAGレーザをレーザ装置11として好適に使用し得る。
・製品名:New Wave Research社製「Solo PIV laser」
・最高発光周波数:30KHz
・出力:50mJ/pulse@532nm
・パルス幅:3〜5ns
The
-Product name: “Solo PIV laser” manufactured by New Wave Research
・ Maximum emission frequency: 30KHz
・ Output: 50mJ / pulse @ 532nm
・ Pulse width: 3 to 5 ns
スペックルキラー12は、レーザ装置11の照明により発生するスペックルノイズを低減するためのものである。スペックルノイズを低減する必要がない場合には、スペックルキラー12の設置を省略しても良い。スペックルキラー12として、例えば、ナノフォトン社製SK-11-Mg5を好適に使用し得る。
The
PC13は、撮像装置10によって撮影された画像の画像データを読み込んで記憶し且つ画像データを保存するとともに、ディレイジェネレータ14の微少時間間隔の長さを調整する。ディレイジェネレータ14は、レーザ装置11のパルス間隔を制御する。ディレイジェネレータ14としてフローテック・リサーチ社製「VSD1000」、出力チャネル数:7chを好適に使用し得る。ファンクションジェネレータ15は、レーザ装置11の出力周波数を任意の周波数に制御する。ファンクションジェネレータ15として、例えば、Tektronix社製FG3021Bを好適に使用し得る。
The
使用において、ファンクションジェネレータ15のパルス信号がディレイジェネレータ14に入力される。ディレイジェネレータ14は、ファンクションジェネレータ15のパルス信号に基づき、所定の時間間隔(微小時間)だけ遅延した信号をトリガ信号としてレーザ装置11及び撮像装置10に出力する。ディレイジェネレータ14のトリガ信号が入力されたレーザ装置11は、シングルパルスのレーザビーム、或いは、所定の遅延時間を設定したダブルパルスのレーザビームを発光する。ディレイジェネレータ14のトリガ信号が入力された撮像装置10は、粒子径の撮影等においては少なくとも1枚の画像を撮影し、粒子速度の計測等においては、微少時間間隔を隔てて少なくとも一組(2枚)の画像を撮影する。実際の計測においては、多数枚又は多数組の画像が撮影される。撮像装置10によって撮影された画像の画像データは、PC13に入力され、PC13に記憶され、データ保存される。
In use, the pulse signal of the
本実施例においては、ディレイジェネレータ14のトリガ信号を受信したレーザ装置11は、ダブルパルスレーザを照明光としてスペックルキラー12に供給する。照明光は、スペックルキラー12を通り、光ファイバ5に導かれ、アダプタ部分3の先端部に配置された拡散板6から粒子撮影装置1のプローブ部1a内に背景照明光として供給される。
In this embodiment, the
図3は、プローブ部1aの構造を示す平面図、側面図、横断面図(I-I線断面図)及び縦断面図(II-II線断面図)である。
FIG. 3 is a plan view, a side view, a transverse sectional view (II-II sectional view) and a longitudinal sectional view (II-II sectional view) showing the structure of the
テレセントリックレンズ部分2を構成するレンズ8が、図3に示されている。レンズ8を含むテレセントリックレンズ部分系は、レンズの作動距離がズーム倍率に依存しない構造を有するので、撮像装置10は、スリット4の間隙を通過する粒子をズーム倍率と関係なく鮮明に撮影することができる。従って、粒子サイズに応じてズーム倍率を自由に設定することが可能である。
The
図3に示す如く、テレセントリックレンズ部分2とアダプタ部分3との連結部分には、互いに螺合する螺子溝(内螺子)2a及び螺子山(外螺子)3aが形成されており、アダプタ部分3は、テレセントリックレンズ部分2の先端部に着脱可能に装着される。使用において、アダプタ部分3及びテレセントリックレンズ部分2の相対回転によって螺子部同士を螺合し又は解放せしめ、これにより、アダプタ部分3をテレセントリックレンズ部分2の先端部分に取り付け、或いは、テレセントリックレンズ部分2の先端部から取り外すことができる。
As shown in FIG. 3, a screw groove (inner screw) 2 a and a screw thread (outer screw) 3 a that are screwed to each other are formed in a connecting portion between the
アダプタ部分3は又、テレセントリックレンズ部分2とスリット4との間に配置された光学ウィンドウ7を有する。光学ウィンドウ7は、テレセントリックレンズ部分2とスリット4との間に配置されたレンズからなり、テレセントリックレンズ部分2の保護を図るとともに、テレセントリックレンズ部分2の側への粒子の侵入を阻止する。所望により、光学ウィンドウ7の設置を容易にするCマントレンズホルダをアダプタ部分3に設け、Cマウントレンズホルダに光学ウィンドウ7を設置しても良い。
The
このように、本実施例では、流体計測時に流体がテレセントリックレンズ部分2のレンズ8に付着して、撮影される画像の品質が低下するのを防止すべく、光学ウィンドウ7をアダプタ部分3に配設しているが、光学ウィンドウ7自体が流体の付着により汚染して、撮影される画像の品質が低下する事態は避けられない。このため、アダプタ部分3は、前述の如く、テレセントリックレンズ部分2に対して取外し可能に連結されており、流体がアダプタ部分3に付着してアダプタ部分3が汚染した場合には、アダプタ部分3を取外して分離し、アダプタ部分3のみを洗浄することができる。
Thus, in this embodiment, the
スリット4は、架橋連結部4aを除き、プローブ部1aの軸部の軸線X−Xと直交する構面においてアダプタ部分4の全周に亘って延びる均一な幅Wの連続開口溝として設計される。架橋連結部4aの上側に位置するスリット4の部分4bは、飛翔粒子群Pを含む流体がアダプタ部分3の筒体内領域(管内領域1b)に流入する流入側開口をアダプタ部分3に形成し、架橋連結部4aの下側に位置するスリット4の部分4cは、飛翔粒子群Pを含む流体がアダプタ部分3の筒体内領域(管内領域1b)から筒体外領域に流出する流出側開口をアダプタ部分3に形成する。従って、アダプタ部分3の筒体内には、プローブ部1aの軸部の軸線X−Xと直交する流体の流れが形成される。
The
スリット4は更に、被写界の中心と粒子通過領域の中心Yとが一致するように設計されるとともに、スリット4の幅Wは、被写界深度に相応する寸法に粒子通過領域の通路幅を規制するように設計される。即ち、スリット4は、流体に浮遊した飛翔粒子群Pが粒子撮影装置1の被写界深度の範囲内を通過するように飛翔粒子群Pの通路を限定し又は規制する通路幅規制手段を構成する。
The
また、本実施例においては、架橋連結部4aは、アダプタ部分3の基部及び先端部の一体性を保持するための必要最小限の強度を発揮し得る寸法に設計され、従って、スリット4は、実質的にプローブ部1aの全周に亘って開口する。このため、飛翔粒子群Pを含む流体内にプローブ部1aを挿入したとき、スリット4は、上下又は左右の対向位置において開口し、飛翔粒子群Pを含む流体は、流れを阻害されることなくスリット4内を円滑に流通する。
Further, in the present embodiment, the
レーザ装置11(図1)が照射したレーザ光は、光ファイバ5を介して拡散板6に背景照明として供給され、背景照明光は、テレセントリックレンズ部分2を通過し、撮像装置10に明るい背景として撮像装置10の像面に結像する。
The laser light irradiated by the laser device 11 (FIG. 1) is supplied as background illumination to the
飛翔粒子群Pの一部はスリット4を通過する。スリット4は、背景照明の光路を横断する方向にプローブ部1aを貫通するので、スリット4を通過する粒子は背景照明を反射する。このため、画像中の粒子は、真っ黒な像として撮像装置10の像面に結像する。従って、粒子とその背景とは画像上で明確に識別し得るので、PC13は、粒子画像処理アルゴリズムを用いて粒子サイズ及び粒子速度等を計測することができる。なお、粒子撮影装置1は、テレセントリックレンズ部分2の特性により、被写界深度内の粒子の奥行き方向位置にかかわらず、対比可能な大きさの粒子像を撮影することができる。また、撮像装置10によって撮影された画像はPC13に保存される。
Part of the flying particle group P passes through the
かくして、本発明の粒子撮影装置1によれば、流体の通過位置を被写界深度に限定することができるので、粒子像がぼけることなく、粒子を撮影することができる。また、本発明の粒子撮影装置1によれば、撮影の際に被写界深度を決定し、或いは、推測する手間を省略することができるので、粒子計測を効率的に実施することができる。
Thus, according to the
図4は、本発明の他の実施例を示す粒子撮影装置の斜視図である。図4に示す粒子撮影装置は、スリット4を選択的に開閉するスリット開閉手段を備えた点を除き、第1実施例(図1〜3)に示す粒子撮影装置と同じ基本構成を有する。図4において、第1実施例の構成要素又は構成部分と実質的に同一又は同等の構成要素又は構成部分には、同一の参照符号が付されている。
FIG. 4 is a perspective view of a particle photographing apparatus showing another embodiment of the present invention. The particle imaging apparatus shown in FIG. 4 has the same basic configuration as that of the particle imaging apparatus shown in the first embodiment (FIGS. 1 to 3) except that a slit opening / closing means for selectively opening and closing the
図4に示す粒子撮影装置1のプローブ部1aは、前述の実施例と同じく、粒子群通過用通路を形成するスリット4を有し、通路は、軸部の軸線を横断するように軸部を貫通する。スリット4は、飛翔粒子群Pを含む流体がプローブ部1aの筒体内に流入し又は該筒体から流出するための流入側開口4b及び流出側開口4cを形成するとともに、被写界深度に相応する寸法に粒子群通路の通路幅を規制する通路幅規制手段を構成する。流体に浮遊した飛翔粒子群Pは、撮像装置10の被写界深度の範囲内を通過する。
The
図4に示す粒子撮影装置1におけるテレセントリックレンズ部分2とアダプタ部分3の取り付け部分には、前述の実施例と同じく、互いに螺合する螺子山及び螺子溝が形成されており、アダプタ部分3は、テレセントリックレンズ部分2の先端部に着脱可能に装着される。
In the
計測すべき飛翔粒子群Pを含む流体内にプローブ部1aを挿入し、流体の特性を計測する際、流体は、スリット4の流入側開口4bから装置1内部に流入する。
When the
流入した流体がテレセントリックレンズ部分2のレンズに付着してレンズが汚染すると、画像の撮影が困難となり、或いは、撮影した画像の画質が悪化し、解析困難な状況が生じる。このような汚染物質等の付着によるトラブルを防止すべく、スリット4とテレセントリックレンズ部分2との間に光学ウィンドウ7が配設されるが、本実施例の粒子撮影装置1は、このような光学ウィンドウ7の汚染の頻度又は機会を極力なくすために、スリット4を選択的に開閉可能な円筒形のスライド開閉式シャッター20を更に有する。
When the inflowing fluid adheres to the lens of the
シャッター20は、図4(A)及び図4(B)に矢印で示すように粒子撮影装置1の軸線方向にスライド可能にプローブ部1aの外側に取り付けられる。図4(A)には、シャッター20をプローブ部1aの基端部側に変位させ、スリット4を開放状態に保持した状態が示されている。粒子撮影装置1は、この状態で粒子の撮像と粒子特徴量の計測とを実行する。図4(B)には、シャッター20をプローブ部1aの先端部側に変位させ、スリット4を閉塞状態に保持した状態が示されている。シャッター20は、飛翔粒子群Pを含む流体がスリット4内に流入するのを阻止する。
The
このような通路開口開閉手段(シャッター20)を有する粒子撮影装置1によれば、以下のような利点が得られる。
According to the
(1)測定開始前の準備過程における計測実行前の時期や、長期の計測中断時、或いは、計測終了時等において、シャッター20を図4(A)に矢印で示すように閉鎖位置に移動させてスリット4内への流体の流入を確実に防止することができるので、プローブ1a内の汚染を防止し、粒子撮影装置1の清掃等のメンテナンスに要する時間及び手間・労力等を軽減又は削減することができる。
(1) The
(2)粒子撮影装置1の様々な調整のために過渡的に計測を中断する際、調整時間中にスリット4が開放した状態に放置すると、スリット4内に流入した流体によってプローブ部1aの内部が汚染されることが懸念されるが、シャッター20によって簡単にスリット4を閉鎖し、プローブ部1a内の汚染を確実に防止することができる。
(2) When the measurement is transiently interrupted for various adjustments of the
(3)第1実施例においては、テレセントリックレンズ部分2からアダプタ部分3を取り外して清掃し又は洗浄した後、アダプタ部分3を再びテレセントリックレンズ部分2に装着する作業が必要であり、脱着作業の際に計測セッティング位置が僅かに変化するような事態が懸念されるが、シャッター20によってプローブ部内の汚染を防止することにより、このようなアダプタ部分3の脱着・清浄・再調整の作業頻度を大幅に低減することができる。
(3) In the first embodiment, after the
なお、本実施例では、通路開口開閉手段としてスライド開閉式シャッター20をプローブ部1aの外側に取り付けた構成が採用されているが、スライド開閉式シャッターをプローブ部1aの内部に配設し、或いは、プローブ部1aの内部又は外側に回転開閉式の扉又はシャッター等の他の構造の開閉手段を配設しても良い。
In the present embodiment, the slide opening /
図5は、本発明の更に他の実施例に係るプローブ部1aの構造を示す平面図、側面図、横断面図及び縦断面図である。本実施例に係る粒子撮影装置の構成は、光ファイバの経路を除き、第1実施例(図1〜3)の粒子撮影装置の構成と同一であり、第1実施例の構成要素又は構成部分と実質的に同一又は同等の構成要素又は構成部分には、同一の参照符号が付されている。
FIG. 5 is a plan view, a side view, a transverse sectional view, and a longitudinal sectional view showing the structure of a
図5に示す如く、本実施例の粒子撮影装置1においては、背景照明用の光ファイバ5は、撮影光学装置1の内部を貫通し、アダプタ部分3の先端部から一旦装置1の外方(先方)に突出した後に折り返して、拡散板6の中央部に接続しており、前述の実施例と同じく、プローブ部1aの先端部からプローブ部1aの基端部に向かって背景照明光を照射する。
As shown in FIG. 5, in the
このような構成によれば、背景照明光の光路をプローブ部1a内に組み込んだコンパクト且つ一体的な粒子撮影装置1を提供することができる。
According to such a configuration, it is possible to provide a compact and integral
図6(A)及び図7(A)は、本発明の他の実施例に係るプローブ部1aの構造を示す縦断面図である。図6(B)及び図6(C)は、図6(A)のIII-III線及びIV-IV線における断面図である。図7(B)及び図7(C)は、図7(A)のV-V線及びVI-VI線における断面図である。本実施例に係る粒子撮影装置の構成は、飛翔粒子群Pをスリット4内に確実に流入せしめる粒子群誘引手段を備えた点を除き、第1実施例(図1〜3)の粒子撮影装置の構成と同一であり、第1実施例の構成要素又は構成部分と実質的に同一又は同等の構成要素又は構成部分には、同一の参照符号が付されている。
6 (A) and 7 (A) are longitudinal sectional views showing the structure of a
本実施例の粒子撮影装置1は、架橋連結部4aの下側に位置するスリット4の下側半部、即ち、スリット4の流出側開口4cを覆う概ね半円形断面の粒子誘引装置30を有する。粒子誘引装置30は、プローブ部1aの外径よりも大きい外径を有する半円形の誘引ジャケット部分31と、外筒部分31の先端部を閉塞するエンドプレート部分32と、誘引ジャケット部分31及びエンドプレート部分32によって画成された粒子誘引流路34と、粒子誘引流路34と連通する吸引管路35と、吸引管路35に接続された吸引ポンプ、送風機等の吸引装置36とから構成される。本実施例においては、プローブ部1a内に滞留又は残留した粒子Eを排出するための粒子排出孔9がプローブ部1aの外周壁に穿設されており、粒子誘引装置30は、粒子排出孔9を選択的に開閉可能な排出孔開閉シャッター33を更に有する。
The
粒子誘引装置30は、図6(A)に示すように誘引ジャケット部分31及びエンドプレート部分32が前方に移動した計測位置と、図7(A)に示すように誘引ジャケット部分31及びエンドプレート部分32が後方に移動した退避位置との間でプローブ部1aの軸線X−X方向にスライドするようにプローブ部1aに取り付けられる。
The
計測位置(図6)において、粒子誘引流路34は、スリット4を完全に包囲し、粒子誘引流路34は、スリット4の流出側開口4cを介してプローブ部1aの管内領域1bと連通する。吸引装置36を作動すると、吸引装置36の吸気作用により、粒子誘引流路34内の圧力が減圧し、この結果、架橋連結部4aの上側に位置するスリット4の流入側開口4bからプローブ部1aの上方域の流体を管内領域1bに誘引する圧力勾配が発生する。プローブ部1aの上部に接近した飛翔粒子群Pは、この圧力勾配によって円滑にスリット4の流入側開口4bに流入し、スリット4の流出側開口4cを介して粒子誘引流路34に流出する。前述の如く、撮像装置10は、スリット4を通過する粒子を撮像し、PC13は、粒子画像処理アルゴリズムを用いて粒子特徴量を計測する。
At the measurement position (FIG. 6), the
このように粒子誘引装置30によって飛翔粒子群Pを積極的にスリット4内に誘引するように構成された粒子撮影装置1によれば、スリット4の流路抵抗等に起因してスリット4内に流入し難い微小な粒子や、粒子飛翔環境の温度分布、圧力分布、気流等の諸条件に起因してスリット4内に流入し難い状態の粒子等であっても、円滑にスリット4を通過するので、このような粒子を確実に撮像し、その粒子特徴量を計測することができる。
Thus, according to the
更に、このような粒子誘引装置30を有する粒子撮影装置1によれば、静止流体中に浮遊した粒子群を積極的にスリット4内に誘引して撮像し、その粒子特徴量を計測することが可能となる。
Furthermore, according to the
また、スリット4内に流入した飛翔粒子群Pの一部は、粒子誘引流路34に流出せずに残留粒子Eとして管内領域1bに滞留することがあるが、粒子誘引装置30は、計測位置において排出孔開閉シャッター33によって粒子排出孔9を閉塞する。このため、残留粒子Eは、図6(A)及び図6(C)に示すように、管内領域1bの底部に残留する。
In addition, a part of the flying particle group P that has flowed into the
粒子誘引装置30が退避位置(図7)に移動すると、粒子誘引流路34はスリット4から離間し、スリット4の流出側開口4cを下方に開放し、同時に、排出孔開閉シャッター33は粒子排出孔9を開放し、粒子誘引流路34は粒子排出孔9を介して管内領域1bと連通する。この状態で吸引装置36を作動すると、粒子誘引流路34内の圧力が減圧し、管内領域1bの残留粒子Eは、粒子排出孔9から粒子誘引流路34に流出し、吸引装置36の捕捉手段(図示せず)によって捕捉される。
When the
従って、このような粒子誘引装置30を備えた粒子撮影装置1によれば、管内領域1bの残留粒子Eを積極的に排出し、管内領域1bを容易に清掃することができる。
Therefore, according to the
図8及び図9は、通路寸法調整手段を備えた粒子撮影装置の実施例を示す断面図である。図8(A)及び図8(B)は、伸縮式の架橋連結部4aを有するプローブ部1aの構造を示す横断面図であり、図8(C)は、図8(B)のVII-VII線における断面図である。図9は、図4に示すシャッター20と同様のスライド式円筒形シャッター50を備えたプローブ部1aを示す縦断面図である。各図において、前述の各実施例の構成要素又は構成部分と実質的に同一又は同等の構成要素又は構成部分には、同一の参照符号が付されている。
FIG. 8 and FIG. 9 are cross-sectional views showing an embodiment of a particle imaging apparatus provided with passage size adjusting means. 8 (A) and 8 (B) are cross-sectional views showing the structure of the
スリット4の幅Wは、被写界深度に相応する寸法に設定されるが、この寸法は、実際の粒子計測においては、必ずしも被写界深度の寸法値と一致する数値であることが望ましいとは限らず、多くの場合、被写界深度の寸法値よりも若干小さい数値であることが望ましいと考えられる。これは、実際の粒子群には多様な寸法の粒子が混在すること、そして、現実の粒子撮影における実質的な被写界深度は粒子径に依存する関係があることなどに起因する。
The width W of the
また、微粒子群が濃密に分散飛翔する気体又は液体の中にプローブ部1aを挿入すると、過剰な量の微粒子がスリット4内に流入することがあり、このような場合、スリット4内に流入する微粒子の量を制限し、撮影に適した量に調整することが望ましい。このような事情を考慮し、図8及び図9に示す粒子撮影装置1は、微粒子群を含む流体のスリット通過流量を可変設定可能にする通路寸法調整手段を備える。
In addition, when the
図8に示す通路寸法調整手段は、架橋連結部4aの延長部からなる方形断面のスライド部40と、スライド部40を受け入れ、スライド部40をスライド可能又は摺動可能に支持する方形断面の溝41とから構成される。スライド部40及び溝41は、軸線X−Xと平行に延びる。図8(A)には、スライド部40を完全に溝41内に引き込んだ状態が示されている。この状態においては、架橋連結部4aの長さは最も短縮しており、スリット4の幅Wは、最小寸法に設定される。図8(B)には、スライド部40を溝41から適度に突出させた状態が示されている。この状態においては、架橋連結部4aは伸長しており、スリット4の幅Wは、拡大した寸法に設定される。なお、プローブ部1aは、スライド部40の位置を選択的に固定又は解放する係止手段又は固定手段(図示せず)を有する。
The passage size adjusting means shown in FIG. 8 has a rectangular
図9に示す通路寸法調整手段は、図4に示すシャッター20と同様のスライド式円筒形シャッター50からなる。シャッター50は、軸線X−Xと平行にスライド可能にプローブ部1aの外周に支持される。図9(A)には、シャッター50が完全に後退してスリット4を完全に開放した状態が示されている。スリット4の幅Wは、この状態において最大寸法を有する。図9(B)には、シャッター50を適度に前進させ、スリット4を部分的に閉鎖した状態が示されている。この状態においては、スリット4の幅Wは、縮小した寸法に設定される。なお、プローブ部1aは、シャッター50の位置を選択的に固定又は解放する係止手段又は固定手段(図示ぜす)を有する。
The passage size adjusting means shown in FIG. 9 includes a sliding
図8及び図9に示すような通路寸法調整手段を備えた粒子撮影装置1によれば、スリット4の幅Wを可変設定することができるので、被写界深度に相応する最適な寸法にスリット4の幅Wを適宜設定することができる。また、このような通路寸法調整手段を備えた粒子撮影装置1によれば、過剰な量の粒子がスリット4内に流入する場合には、スリット4の幅Wを縮小し、逆に、スリット4内に流入する粒子の量が過少である場合には、スリット4の幅Wを拡大するといった任意の通路寸法設定が可能となるので、粒子撮影の適用範囲又は応用範囲は大幅に拡大するであろう。
According to the
以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。 The preferred embodiments and examples of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and is within the scope of the present invention described in the claims. Various modifications or changes are possible.
例えば、プローブ部の機械的構成、断面構造及び寸法・形状・形態等は、本発明に従って設計変更することができる。 For example, the mechanical configuration, cross-sectional structure, dimensions, shape, form, and the like of the probe portion can be changed in design according to the present invention.
また、粒子撮影装置が接続される粒子撮影・計測システムの構成機器等は、本発明の目的の範囲内で任意に設計変更し得るものである。 In addition, the configuration and the like of the particle imaging / measurement system to which the particle imaging apparatus is connected can be arbitrarily changed in design within the scope of the object of the present invention.
更には、前述の各実施例においては、粒子撮影装置は、レーザのエネルギー分布を改善する拡散板をアダプタ部分の先端部に配置した構成を有するが、所望より、拡散板の設置を省略することも可能である。 Furthermore, in each of the above-described embodiments, the particle imaging apparatus has a configuration in which a diffusion plate for improving the energy distribution of the laser is disposed at the tip of the adapter portion, but the installation of the diffusion plate is omitted if desired. Is also possible.
また、前述の各実施例においては、アダプタ部分をテレセントリックレンズ部分に螺子連結した構成を採用しているが、係脱可能な他の係合手段又は係止手段によってアダプタ部分をテレセントリックレンズ部分に連結しても良い。 In each of the above-described embodiments, the adapter portion is screw-connected to the telecentric lens portion. However, the adapter portion is connected to the telecentric lens portion by other engaging or disengaging means that can be engaged and disengaged. You may do it.
更に、前述の各実施例は、方形断面の架橋連結部を左右対称の位置に対をなして配置した構造のものであるが、架橋連結部の位置、形態及び数等は、任意に設計変更し得るものである。 Further, each of the above-mentioned embodiments has a structure in which the cross-linking connection portions having a square cross section are arranged in pairs at symmetrical positions, but the position, form, number, etc. of the cross-linking connection portions are arbitrarily changed in design. It is possible.
本発明は、気体中又は液体中に分散飛翔する微粒子群における粒子数密度、粒子速度、粒子径、粒子形状等の粒子特徴量を計測する技術に関するものであり、ディーゼル排気、ボイラ排気、微粉炭燃焼、燃料噴霧、洗浄スプレー、噴霧コーティング、噴霧塗装、粉体輸送、農薬散布等の広範な分野に亘る基盤計測技術として多くの分野に適用し得るものである。このような基盤計測技術の適用により、既存の産業分野における技術力を維持・強化し、それを通じて新産業創出を支援するという効果が期待される。 The present invention relates to a technique for measuring particle feature quantities such as particle number density, particle velocity, particle diameter, particle shape and the like in a group of fine particles dispersed and flying in a gas or liquid, and is provided with diesel exhaust, boiler exhaust, and pulverized coal. It can be applied to many fields as a basic measurement technique in a wide range of fields such as combustion, fuel spray, cleaning spray, spray coating, spray coating, powder transportation, and agricultural chemical application. The application of such basic measurement technology is expected to maintain and strengthen the technological capabilities in the existing industrial field, thereby supporting the creation of new industries.
例えば、自動車産業における静電塗装では、微粒子群特性が製品品質に深く関わっていながら、特性の定量化が達成されておらず、熟練技術者の経験と勘に頼っている実情がある。本発明の実用化によって微粒子群挙動を計測し、これにより、塗装外観と微粒子特性との関係が定量化し得たならば、例えば、購入者の好みに合わせたテイラード塗装の可能性等が芽生え、それを利用した新産業および新ビジネス等が新たに創出されることが期待される。従って、本発明の実用的効果は顕著なるものがある。 For example, in electrostatic coating in the automobile industry, the characteristics of fine particle groups are deeply related to product quality, but the quantification of the characteristics has not been achieved, and there is a situation that depends on the experience and intuition of skilled engineers. If the particle group behavior is measured by the practical application of the present invention, and the relationship between the coating appearance and the particle characteristics can be quantified, for example, the possibility of tailored coating according to the purchaser's preference, etc. It is expected that new industries and new businesses will be created. Therefore, the practical effect of the present invention is remarkable.
1 粒子撮影装置
1a プローブ部
1b 管内領域
2 テレセントリックレンズ部分
3 アダプタ部分
4 スリット
4a 架橋連結部
4b 流入側開口
4c 流出側開口
5 光ファイバ
6 拡散板
7 光学ウィンドウ
8 レンズ
9 粒子排出孔
10 撮像装置
11 レーザ装置
12 スペックルキラー
13 PC(パーソナルコンピュータ)
14 ディレイジェネレータ
15 ファンクションジェネレータ
20 スライド開閉式シャッター
30 粒子誘引装置
40 スライド部
41 溝
50 スライド式円筒形シャッター
DESCRIPTION OF
14
Claims (11)
浮遊粒子群又は飛翔粒子群を含む流体の中に挿入されるプローブ部と、
前記プローブ部の軸芯部に形成された光路を介して前記粒子群の粒子を撮像する撮像装置と、
前記プローブ部の先端部から該プローブ部の基端部に向かって背景照明を供給する照明手段とを備え、
前記プローブ部の軸部は、該プローブ部の外面に開口し、前記軸部の軸線を横断する方向に該軸部を貫通する前記粒子群の通路と、前記粒子群が前記撮影装置の被写界深度の範囲内を通過するように、前記被写界深度に相応する寸法に粒子群通路の通路幅を規制する通路幅規制手段とを有することを特徴とする粒子撮影装置。 In a particle imaging device for measuring particle feature quantities,
A probe unit inserted into a fluid containing suspended particles or flying particles; and
An imaging device that images the particles of the particle group via an optical path formed in an axial core portion of the probe unit;
Illuminating means for supplying background illumination from the distal end portion of the probe portion toward the proximal end portion of the probe portion;
The shaft portion of the probe portion is open to the outer surface of the probe portion, and the passage of the particle group penetrating the shaft portion in a direction transverse to the axis of the shaft portion; A particle photographing apparatus comprising: passage width restricting means for restricting the passage width of the particle group passage to a size corresponding to the depth of field so as to pass through the range of the depth of field.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009219653A JP2010101881A (en) | 2008-09-27 | 2009-09-24 | Particle photographing apparatus |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9228872B2 (en) | 2013-12-25 | 2016-01-05 | Honda Motor Co., Ltd. | Particle photographing device and flow velocity measurement device |
JP2017187303A (en) * | 2016-04-01 | 2017-10-12 | 住友金属鉱山株式会社 | Device and method for measuring particle size distribution |
CN109990834A (en) * | 2019-03-27 | 2019-07-09 | 东南大学 | High-temperature flight particle temperature, speed, partial size in-situ measuring method |
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2009
- 2009-09-24 JP JP2009219653A patent/JP2010101881A/en active Pending
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