JP2015210185A - 空力騒音の音源特定装置及び空力騒音の音源特定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用的なＰＩＶシステムにより音源特定を行うことが可能な、空力騒音の音源特定装置及び空力騒音の音源特定方法を提供する。
【解決手段】流れ場に光を照射する少なくとも１つの発光素子１，２と、流れ場を撮影する第１及び第２撮像素子９，１０と、制御部１０４とを備え、発光素子１，２に、第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行う第１のマルチパルス発光動作と、第１のマルチパルス発光動作から第２の所定時間経過後に、第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行う第２のマルチパルス発光動作とを行わせ、第１のマルチパルス発光動作における各パルス発光に同期して第１撮像素子が撮影した流れ場の複数画像から、流れ場の第１の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出し、第２のマルチパルス発光動作における各パルス発光に同期して第２撮像素子が撮影した流れ場の複数画像から、流れ場の第２の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空力騒音の音源特定装置及び空力騒音の音源特定方法に関する。

近年、空力騒音を改善するために、ＰＩＶ(Particle Image Velocimetry:粒子画像流速測定法)を用いた音源測定に関する研究開発が行われている（非特許文献１，２）。このＰＩＶによる音源測定は、スモーク等のトレーサ粒子を用いて流れを可視化し、短い時間間隔のダブルレーザ発光に同期させて得た２枚のトレーサ粒子の撮影画像から流体の速度分布等を算出し、音源の強度分布を得るという手法である。この測定手法は、Ｐｏｗｅｌｌ，Ｈｏｗｅらによる、数式（１）によって表される渦音の式（非特許文献３，４）から理解されるように、渦度ベクトルと速度ベクトルの外積の時間微分が音源強度（音圧）を表す、という理論に基づくものである。
ここで、各記号は、ｐ_a：音圧，ρ：密度，ｘ_i：観測位置（添字ｉは、座標軸を表す），ｃ：音速，Ｇ：コンパクトグリーン関数，ｒ：音源からの距離，ｔ：時間，ｕ：速度ベクトル，Ｖ：対象ボリューム，ω：渦度ベクトルを表す。なお、数式（１）は、低マッハ数を仮定して導かれた式である。

ところで、この渦音の式により音源強度を算出するためには、短い時間間隔（例えば５μｓｅｃ．）のダブルレーザ発光に同期させて得たトレーサ粒子の画像から算出した速度ベクトル等に対して更に時間微分を行い、加速度を算出する必要がある。そして、この加速度を精度良く算出するためには、適当な時間間隔（例えば２００μｓｅｃ．）で上記の速度ベクトルの測定を複数回行う必要がある。

しかし、音源測定に特化していない汎用のＰＩＶシステムでは、１台のレーザモジュール及びＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラを用いて速度ベクトルの測定のみを行っていた。すなわち、汎用のＰＩＶシステムは、図５（ａ）に示すように、レーザモジュールに、例えば５μｓｅｃ．の時間間隔でパルス発光（１），（２）を行わせる。次に、ＰＩＶシステムは、図５（ｂ）に示すように、各パルス発光（１），（２）のタイミングにおけるトレーサ粒子の状態を２枚の別画像として取り込むように、ＣＣＤカメラの制御を行う。そして、ＰＩＶシステムは、２枚の画像から速度分布を算出する。

しかし、この汎用のＰＩＶシステムにおいては、ＣＣＤカメラがシャッター機能を有していない。そのため図５（ｂ）において第２画像の取り込みを終了した後も一定時間（例えば１０ｍｓｅｃ．）の間、ＣＣＤカメラは露光状態を継続することになる。従って、第２画像取り込みから例えば２００μｓｅｃ．経過後に次の第１画像を新たに取得することは困難であった。このため、汎用ＰＩＶシステムでは精度良く加速度を検出することができず、音源測定を行うことができなかった。

このような背景の下、新たに開発された高速度ＰＩＶシステムにより音源測定が行われてきた。図６に、高速度ＰＩＶシステムにおけるレーザ発光とＣＣＤの動作を示す。図６（ａ）において、ＹＡＧレーザは、５μｓｅｃ．の時間間隔でパルス発光（１），（２）を行うが、そのパルス発光（１），（２）を、更に２５０μｓｅｃ．の時間間隔で連続して行う。そして、高速度ＰＩＶシステムは、各パルス発光（１），（２）を別画像として取り込み可能なように、図６（ｂ）に示すようにＣＣＤのシャッターの開閉制御を行う。すなわち、高速度ＰＩＶシステムは、図６（ｂ）において、パルス発光（２）に対応する第２画像を取得後、２５０μｓｅｃ．よりも短い時間でシャッターを閉じる。そして、次のパルス発光（１）が行われる前に、第１画像取り込みのために再度シャッターを開く。

この図６に示すレーザ及びＣＣＤの制御により、高速度ＰＩＶシステムは、５μｓｅｃ．の時間間隔で取得したトレーサ粒子の画像から流体の速度ベクトル等を算出できる。また高速度ＰＩＶシステムは、更にこの速度ベクトル等の算出を２５０μｓｅｃ．ごとに行うことにより、流体の加速度ベクトルを算出することができる。これにより、高速度ＰＩＶシステムは、数式（１）における渦度ベクトルと速度ベクトルの外積の時間微分を導出できるため、音源測定が可能となる。

A. Schroeder, U. Dierksheide, J. Wolf, M. Herr and J. Kompenhans, "Investigation of Trailing-edge Noise Sources by Means of High-speed PIV", 12th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, 2004. V. Lorenzoni, M. Tuinstra and F. Scarano, "On the Use of Time-Resolved Particle Image Velocimetry for the Investigation of Rod-airfoil Aeroacoustics", Journal of Sound and Vibration, Vol. 331(2012), pp.5012-5027. A. Powell, "Theory of Vortex Sound", Journal of Acoustical Society of America, Vol. 36(1964), pp. 177-195. M.S. Howe, "Theory of Vortex Sound", Cambridge Univ. Press, 2002.

しかし、高速度ＰＩＶシステムでは、図６に示す例のように、例えば２５０μｓｅｃ．ごとに速度ベクトル算出のための画像取得を行うため、ＣＣＤが電子シャッターを備えることが必須となり、高価なＣＣＤモジュールを使用しなければならない。

また、高速度ＰＩＶシステムにおいて、加速度ベクトルを算出するための画像取得の時間間隔（図６の例では２５０μｓｅｃ．）を任意の値に変えることは難しく、例えば、１ｍｓｅｃ．，５００μｓｅｃ．，２５０μｓｅｃ．等段階的に変化させることしかできなかった。

また、高速度ＰＩＶシステムでは、図６に示す例のように、例えば２５０μｓｅｃ．ごとにレーザ発光させて画像取得を行うため、汎用ＰＩＶシステムと比較して１パルスあたりのレーザの光強度を十分に上げることが難しくなる。従って、トレーサ粒子の鮮明な画像を得るためには、より狭い領域の画像しか得ることができず、十分な数のトレーサ粒子の画像を得ることが難しいという問題があった。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、汎用的なＰＩＶシステムにより音源特定を行うことが可能な、空力騒音の音源特定装置及び空力騒音の音源特定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る空力騒音の音源特定装置は、流れ場に光を照射する少なくとも１つの発光素子と、前記流れ場を撮影する第１及び第２撮像素子と、前記少なくとも１つの発光素子並びに前記第１及び第２撮像素子の制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記少なくとも１つの発光素子に、第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行う第１のマルチパルス発光動作と、前記第１のマルチパルス発光動作から第２の所定時間経過後に、前記第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行う第２のマルチパルス発光動作とを行わせ、前記第１のマルチパルス発光動作における各パルス発光に同期して前記第１撮像素子が撮影した前記流れ場の複数画像から、前記流れ場の第１の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出し、前記第２のマルチパルス発光動作における各パルス発光に同期して前記第２撮像素子が撮影した前記流れ場の複数画像から、前記流れ場の第２の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出し、前記第１の渦度ベクトル及び速度ベクトルと、前記第２の渦度ベクトル及び速度ベクトルとに基づいて、前記流れ場の音源強度分布を算出することを特徴とする。

また、前記少なくとも１つの発光素子は、第１及び第２発光素子であり、前記制御部は、前記第１発光素子に前記第１のマルチパルス発光動作を行わせ、前記第２発光素子に前記第２のマルチパルス発光動作を行わせることが好ましい。

また、前記第２の所定時間は、前記制御部から、前記少なくとも１つの発光素子並びに前記第１及び第２撮像素子に供給されるタイミング信号により任意に設定可能であることが好ましい。

また、前記第１撮像素子が撮影した複数画像の中の一の画像から、前記第２撮像素子が撮影した複数画像の中の一又は複数の画像を減算することにより、補正後の画像を得るように構成することが好ましい。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る空力騒音の音源特定方法は、少なくとも１つの発光素子が第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行い流れ場に光を照射する第１のマルチパルス発光ステップと、前記第１のマルチパルス発光ステップによる２回のパルス発光から第２の所定時間経過後に、前記第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行い前記流れ場に光を照射する第２のマルチパルス発光ステップと、前記第１のマルチパルス発光ステップにおける各パルス発光に同期して第１撮像素子が撮影した前記流れ場の複数画像から、前記流れ場の第１の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出する第１ベクトル算出ステップと、前記第２のマルチパルス発光ステップにおける各パルス発光に同期して第２撮像素子が撮影した前記流れ場の複数画像から、前記流れ場の第２の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出する第２ベクトル算出ステップと、前記第１の渦度ベクトル及び速度ベクトルと、前記第２の渦度ベクトル及び速度ベクトルとに基づいて、前記流れ場の音源強度分布を算出する音源強度分布算出ステップとを含むことを特徴とする。

また、前記少なくとも１つの発光素子は、第１及び第２発光素子であり、前記第１のマルチパルス発光ステップは、前記第１発光素子が発光することにより実行され、前記第２のマルチパルス発光ステップは、前記第２発光素子が発光することにより実行されることが好ましい。

また、前記少なくとも１つの発光素子並びに前記第１及び第２撮像素子に供給されるタイミング信号により、前記第２の所定時間を任意に設定する微分時間設定ステップを更に含むことが好ましい。

また、前記第１撮像素子が撮影した複数画像の中の一の画像から、前記第２撮像素子が撮影した複数画像の中の一又は複数の画像を減算することにより、補正後の画像を得る画像補正ステップを更に含むことが好ましい。

本発明によれば、汎用的なＰＩＶシステムにより音源特定を行うことが可能な、空力騒音の音源特定装置及び空力騒音の音源特定方法を提供することができる。

一実施形態に係る空力騒音の音源特定装置を示す図である。 一実施形態に係る空力騒音の音源特定方法を示すフロー図である。 図１の音源特定装置におけるレーザ及びＣＣＤの動作タイミングを示す図である。 図１の音源特定装置により得られた音源強度分布を示す図である。 汎用ＰＩＶにおけるレーザ及びＣＣＤの動作タイミングを示す図である。 従来の高速度ＰＩＶにおけるレーザ及びＣＣＤの動作タイミングを示す図である。

以下において、本発明の一実施形態に係る空力騒音の音源特定装置及び空力騒音の音源特定方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１は、本発明の一実施形態に係る空力騒音の音源特定装置１００の構成図である。本実施形態に係る、空力騒音の音源特定装置１００は、発光部１０１と、風洞部１０２と、画像検出部１０３と、制御部１０４とを備える。なお、図１の座標系は、図の左右方向（流体が流れる方向）をｘ軸、図の上下方向をｙ軸、図に垂直な方向（円柱の中心軸方向）をｚ軸と定める。

まず、発光部１０１の構成について説明する。

発光部１０１は、第１ＹＡＧレーザ１と、第２ＹＡＧレーザ２と、ミラー３とを備える。発光部１０１は、第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２から出射するレーザ光をミラー３において反射させて、風洞部１０２内へと導く役割を果たす。

第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２は、同一仕様のネオジウムＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)レーザであり、極めて短いパルス幅でパルス発光させることができる。そのパルス幅は、例えば５ｎｓｅｃ．程度とすることができる。本実施形態において、第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２は、それぞれＹＡＧレーザを含むモジュールとして構成され、モジュール内に配置されたビーム整形用光学素子により、一方向にのみ発散し他の一方向には広がりを持たないシート状に整形されたレーザ光を放出する。第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２からのレーザ光は図１のｘ軸方向に出射され、後述するミラー３において９０度曲げられてｙ軸方向に進む光となって風洞部１０２内へと導かれる。なお、ＹＡＧレーザ素子からの光ビームを、外部に配置されたビーム整形用光学素子により整形するように構成してもよい。

ミラー３は、第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２から出射されたレーザ光を風洞部１０２内の測定領域４へと導くためのものである。ミラー３には、例えばアルミニウム膜をコーティングした平面ミラーを用いることができる。

次に、風洞部１０２の構成について説明する。

風洞部１０２は、仮想的な測定領域４と、円柱５と、図示しないスモーク発生装置から供給されるトレーサ粒子としてのスモーク６と、凹面ミラー７と、流体の流路を構成する壁面８とを備える。

測定領域４は、風洞部１０２内における仮想的な流体の観測領域である。本実施形態において、測定領域４は、ｘ軸方向約４５ｍｍ，ｙ軸方向約２２．５ｍｍ，ｚ軸方向約１ｍｍの大きさの領域である。第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２から出射されたシート状のレーザ光がこの測定領域４内のスモーク６をなるべく均一に照射するように位置調整される。

円柱５は、測定領域４内に一部が配置されるアクリル樹脂製の部材である。本実施形態において、円柱５は、直径１５ｍｍの円筒面を有する円柱であり、中心軸がｚ軸方向に方向付けられて配置される。また、円柱５は、ｘ軸方向については流体が供給されるノズルから約３００ｍｍ、ｙ軸方向については風洞の高さ１９０ｍｍのほぼ中間位置に配置される。円柱５は、後述する壁面８を構成する一対の側面により長手方向端部が支持されて固定される。

スモーク６は、図示しないスモーク発生装置から供給されるトレーサ粒子であり、例えば、ケロシン、流動パラフィン、アルコール等の原料から生成することができる。また、これらの代わりに、タバコ又は線香等から発生する煙を用いてもよい。

凹面ミラー７は、第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２から出射されたレーザ光のうち、測定領域４を透過した光を反射させて再び測定領域４内に導くためのミラーである。このように、凹面ミラー７で反射させることにより、透過光の光密度を高めてから測定領域４内に再入射させることができる。本実施形態において、凹面ミラー７は、例えば曲率半径２００ｍｍの凹面ミラーとすることができる。

壁面８は、低騒音風洞を構成する部材である。壁面８は、ｘｙ軸面に平行な一対の側面と、ｘｚ軸面に平行な図示しない上面及び下面から構成される。向かい合う一対の側面間の距離は１９０ｍｍであり、向かい合う上面と下面の間の距離も１９０ｍｍである。そして、これらの壁面８は、流体が流れるｘ軸方向に６００ｍｍの長さを有する。これらの壁面８により風洞を構成することにより、測定領域４の範囲内において、ｘ軸方向に均一な流速を有する流れを生み出すことができる。壁面８は、第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２が出射するレーザ光の波長（λ＝５３２ｎｍ）に対して透明なアクリル樹脂製の部材である。このようにレーザ光に対して透明な部材で壁面８を構成することにより、第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２からのレーザ光を壁面８を通してスモーク６に照射させ、また後述するＣＣＤカメラが壁面８を通してスモーク６を撮影することが可能となる。

次に、画像検出部１０３の構成について説明する。

画像検出部１０３は、第１ＣＣＤカメラ９と、第２ＣＣＤカメラ１０と、画像取り込み装置１１とを備える。画像検出部１０３は、第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２からのレーザ光が照射された測定領域内のスモーク６の画像を、レーザの発光のタイミングに同期させて取得する役割を果たす。

第１ＣＣＤカメラ９及び第２ＣＣＤカメラ１０は、クロスコリレーションカメラと呼ばれる、ＰＩＶに特化したカメラである。クロスコリレーションカメラは、例えば５μｓｅｃ．程度の短い時間における被写体の変化をとらえ、その変化の前後の状態を別画像として取得することができるカメラである。この機能により、空力騒音の音源特定装置１００は、例えば５μｓｅｃ．経過前後の測定領域４内のスモーク６の位置を取得し、その時間内における位置の変化から、測定領域４内の流体の速度ベクトル等を算出することができる。

画像取り込み装置１１は、後述するパルス発生器１３からのタイミング信号に基づいて、第１ＣＣＤカメラ９及び第２ＣＣＤカメラ１０に撮影を開始させるタイミング及び撮影画像を切り替えるタイミングを指示するためのタイミング信号の送信を行う。

また、画像取り込み装置１１は、第１ＣＣＤカメラ９及び第２ＣＣＤカメラ１０が撮影した画像を取得し、後述する制御用ＰＣ１２に対して送信を行う。

次に、制御部１０４の構成について説明する。

制御部１０４は、制御用ＰＣ(Personal Computer)１２と、パルス発生器１３とを備える。制御部１０４は、ＹＡＧレーザ１，２及びＣＣＤカメラ９，１０の制御をはじめとする、空力騒音の音源特定装置１００全体の制御を行う役割を果たす。

制御用ＰＣ１２は、汎用のパーソナルコンピュータと制御基板等とを組み合わせたコンピュータである。制御用ＰＣ１２は、所定のソフトウエアを実行することにより、利用者に本実施形態に係る空力騒音の音源特定装置１００を使用するためのユーザインターフェースを提供する。

制御用ＰＣ１２は、ユーザインターフェースを通じて利用者からの測定開始命令を受信すると、後述するパルス発生器１３に、ＹＡＧレーザ１，２及びＣＣＤカメラ９,１０の動作を制御するためのタイミング信号等を生成させる。また、制御用ＰＣ１２は、画像取り込み装置１１により取得されたＣＣＤカメラ９，１０からの画像を取得し、音源測定に必要な各種演算等を行う。

パルス発生器１３は、制御用ＰＣ１２からの命令により、第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２の発光のタイミングを制御するためのタイミング信号等を生成する。また、パルス発生器１３は、ＹＡＧレーザ１，２の発光に同期して第１ＣＣＤカメラ９及び第２ＣＣＤカメラ１０に測定領域４の撮影を行わせるためのタイミング信号等を生成する。生成されたＣＣＤカメラ９，１０の動作制御用のタイミング信号は、画像取り込み装置１１を経由してＣＣＤカメラ９，１０に送信される。ここで、パルス発生器１３が画像取り込み装置１１に送信するタイミング信号と、画像取り込み装置１１がＣＣＤカメラ９，１０に送信するタイミング信号とは同一の信号であってもよい。また、パルス発生器１３から画像取り込み装置１１に送信されたタイミング信号に基づいて、画像取り込み装置１１が新たなタイミング信号を生成してＣＣＤカメラ９，１０に送信するように構成してもよい。

次に、本実施形態に係る空力騒音の音源特定方法に基づく音源測定のフローについて、図２を用いて説明する。

まず、初期設定として、利用者は風洞内に円柱５を設置し、風洞の上流側から空気を流入させる。また、スモーク発生装置を稼動させて風洞内を流れる空気にスモーク６を混入させる。

次に、利用者が制御用ＰＣ１２のユーザインターフェースから測定開始命令を実行すると（ステップＳ２０１）、画像取り込み装置１１からのタイミング信号の立ち上がりエッジをトリガとして、第１ＣＣＤカメラ９は、測定領域４内のスモーク６の撮影を開始する（ステップＳ２０２）。この時の第１ＣＣＤカメラ９の動作を図３（ｃ）における最初の「第１画像取り込み」として示す。

ステップＳ２０２により第１ＣＣＤカメラ９が撮影を開始すると、次にパルス発生器１３からのタイミング信号の立ち上がりエッジをトリガとして、第１ＹＡＧレーザ１は、５μｓｅｃ．の時間間隔で２回パルス発光を行う（ステップＳ２０３）。この時の第１ＹＡＧレーザ１の発光波形を図３（ａ）左端の（１），（２）に示す。

なお、ステップＳ２０２における第１ＣＣＤカメラ９による撮影動作と、ステップＳ２０３における第１ＹＡＧレーザ１による発光動作とは、パルス発生器１３からのタイミング信号により同期して行われる。すなわち、図３（ａ），（ｃ）に示すように、第１ＣＣＤカメラ９による撮影動作が開始された後にまもなく第１ＹＡＧレーザ１によるパルス発光（１）が行われ、パルス発光（１）から約２．５μｓｅｃ．後に第１ＣＣＤカメラ９における撮影画像がクロスコリレーションカメラの機能に基づいて第１画像から第２画像へと高速に切り替えられる。

そして第１ＹＡＧレーザ１は、パルス発光（１）から５μｓｅｃ．経過した後に、パルス発光（２）を行う。

第１ＹＡＧレーザ１がパルス発光（２）を行う間、第１ＣＣＤカメラ９は第２画像の撮影を継続する。ここで、第１ＣＣＤカメラ９は、シャッター機能を有しないため、パルス発光（２）が終了した後も所定期間撮影が継続される。そして、第２画像の取り込み開始から例えば１０ｍｓｅｃ．経過後に、第１ＣＣＤカメラ９は、第２画像の取り込みを終了する。

次に、第１ＣＣＤカメラ９による第１画像取り込みの開始から２００μｓｅｃ．経過後に（ステップＳ２０４）、画像取り込み装置１１からのタイミング信号の立ち上がりエッジをトリガとして、第２ＣＣＤカメラ１０は、第３画像の取り込みを開始する（ステップＳ２０５）。この時の第２ＣＣＤカメラ１０の動作を図３（ｄ）における最初の「第３画像取り込み」として示す。

ステップＳ２０５により第２ＣＣＤカメラ１０が撮影を開始すると、次にパルス発生器１３からのタイミング信号の立ち上がりエッジをトリガとして、第２ＹＡＧレーザ２は、５μｓｅｃ．の時間間隔で２回パルス発光を行う（ステップＳ２０６）。この時の第２ＹＡＧレーザ２の発光波形を図３（ｂ）の（３），（４）に示す。

なお、ステップＳ２０５における第２ＣＣＤカメラ１０による撮影動作と、ステップＳ２０６における第２ＹＡＧレーザ２による発光動作とは、パルス発生器１３からのタイミング信号により同期して行われる。すなわち、図３（ｂ），（ｄ）に示すように、第２ＣＣＤカメラ１０による撮影動作が開始された後にまもなく第２ＹＡＧレーザ２によるパルス発光（３）が行われ、パルス発光（３）から約２．５μｓｅｃ．後に第２ＣＣＤカメラ１０における撮影画像がクロスコリレーションカメラの機能に基づいて第３画像から第４画像へと高速に切り替えられる。

そして第２ＹＡＧレーザ２は、パルス発光（３）から５μｓｅｃ．経過した後に、パルス発光（４）を行う。

第２ＹＡＧレーザ２がパルス発光（４）を行う間、第２ＣＣＤカメラ１０は第４画像の撮影を継続する。ここで、第２ＣＣＤカメラ１０は、シャッター機能を有しないため、パルス発光（４）が終了した後も所定期間撮影が継続される。そして、第４画像の取り込み開始から例えば１０ｍｓｅｃ．経過後に、第２ＣＣＤカメラ１０は、第４画像の取り込みを終了する。

なお、本実施形態において、第１ＣＣＤカメラ９及び第２ＣＣＤカメラ１０のタイミング制御は、タイミング信号の立ち上がりエッジをトリガとして第１画像取り込み及び第３画像取り込みを開始させるように構成したが、本実施形態はこの形態に限定されない。例えば、タイミング信号のエッジ検出ではなく、レベル検出により画像取り込みのタイミングを決定してもよい。また、第１画像取り込み及び第３画像取り込みの開始タイミングのみでなく、第２画像取り込み及び第４画像取り込みの開始タイミングについてもパルス発生器１３からのタイミング信号に基づいて決定するように構成してもよい。

また、本実施形態において、第１ＹＡＧレーザ１及び第２ＹＡＧレーザ２のタイミング制御は、タイミング信号の立ち上がりエッジをトリガとしてパルス発光を開始させるように構成したが、本実施形態はこの形態に限定されない。例えば、タイミング信号のエッジ検出ではなく、レベル検出により画像取り込みのタイミングを決定してもよい。また、パルス発光（１）及び（３）の開始タイミングのみでなく、パルス発光（２）及び（４）の開始タイミングについてもパルス発生器１３からのタイミング信号により決定するように構成してもよい。

制御用ＰＣ１２は、ステップＳ２０６の終了により、第１ＣＣＤカメラ９及び第２ＣＣＤカメラ１０から各２枚ずつ、合計４枚の画像を取得する（ステップＳ２０７）。ここで、図３（ｃ）から分かるように、第２画像の取り込みは、第１ＹＡＧレーザ１の発光終了後も例えば１０ｍｓｅｃ．程度継続して行われている。従って、第１ＣＣＤカメラ９が撮影した第２画像には、本来撮影すべき第１ＹＡＧレーザ１のパルス発光（２）によるスモーク画像の他に、第２ＹＡＧレーザ２のパルス発光（３），（４）によるスモーク画像も撮影していることになる。

そこで、制御用ＰＣ１２は、第１ＣＣＤカメラ９の第２画像から、第２ＣＣＤカメラ１０の第３画像及び第４画像の減算処理を行う（ステップＳ２０８）。この減算処理により、処理後の第２画像には、理論上第１ＹＡＧレーザ１のパルス発光（２）によるスモーク画像のみが存在することになる。なお、この減算処理は、第２ＹＡＧレーザ２をパルス発光させる前に第１ＣＣＤ９における第２画像の取り込みを終了させることができる場合には不要である。

次に制御用ＰＣ１２は、減算処理後の第１画像乃至第４画像を用いて、第１ＣＣＤカメラ９及び第２ＣＣＤカメラ１０それぞれの画像における渦度と速度の外積の計算を行う（ステップＳ２０９）。この外積の算出にあたっては、制御用ＰＣ１２は、まず第１ＣＣＤカメラ９及び第２ＣＣＤカメラ１０それぞれにおける２枚ずつの画像から速度ベクトルを算出する。そしてそれらの速度ベクトルの偏微分を行うことにより渦度ベクトルの算出を行う。

次に、制御用ＰＣ１２は、ステップＳ２０９において算出された、第１ＣＣＤカメラ９からの第１画像及び第２画像に基づく渦度ベクトルと速度ベクトルの外積と、第２ＣＣＤカメラ１０からの第３画像及び第４画像に基づく渦度ベクトルと速度ベクトルの外積とに基づいて、当該外積の時間微分を算出する（ステップＳ２１０）。

最後に、制御用ＰＣ１２は、ステップＳ２１０において算出した渦度ベクトルと速度ベクトルの外積の時間微分に基づいて、音圧分布、すなわち音源強度分布を算出する（ステップＳ２１１）。この音源強度分布の算出により、音源測定のフローは終了する。

図４は、図２の測定フローに基づいて算出し、表示された円柱周りに発生する音源強度の分布を示す。

このように、本実施形態によれば、２台のクロスコリレーションカメラにより取得した、所定時間経過前後の２枚の画像から、渦度ベクトル及び速度ベクトルの外積の時間微分を算出するように構成した。これにより、高速シャッター機能を有していない汎用のクロスコリレーションカメラを用いることができるため、安価な空力騒音の音源特定装置を実現することができる。

また、本実施形態によれば、汎用のＰＩＶシステムが備えるＹＡＧレーザとＣＣＤカメラを２組使用してシステムを構築できるので、安価な空力騒音の音源特定装置を実現することができる。

また、本実施形態によれば、パルス発生器１３からのタイミング信号により、第２の所定時間を任意に設定できるので、流れ場の状態に応じた最適な微分時間の調整が可能となる。これにより、精度の高い空力騒音の音源特定装置を実現することができる。

また、本実施形態によれば、第１ＣＣＤカメラ９の第２画像から、第２ＣＣＤカメラ１０の第３画像及び第４画像の減算処理を行うように構成した。これにより、高速シャッター機能を有していない汎用のクロスコリレーションカメラを用いても、不必要なパルス発光による画像成分を除去できるため、精度の高い空力騒音の音源特定装置を実現することができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

１ 第１ＹＡＧレーザ（第１発光素子）
２ 第２ＹＡＧレーザ（第２発光素子）
３ ミラー
４ 測定領域
５ 円柱
６ スモーク
７ 凹面ミラー
８ 壁面
９ 第１ＣＣＤカメラ（第１撮像素子）
１０ 第２ＣＣＤカメラ（第２撮像素子）
１１ 画像取り込み装置
１２ 制御用ＰＣ
１３ パルス発生器
１００ 空力騒音の音源特定装置
１０１ 発光部
１０２ 風洞部
１０３ 画像取得部
１０４ 制御部

Claims (8)

1. 流れ場に光を照射する少なくとも１つの発光素子と、
   前記流れ場を撮影する第１及び第２撮像素子と、
   前記少なくとも１つの発光素子並びに前記第１及び第２撮像素子の制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記少なくとも１つの発光素子に、
   第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行う第１のマルチパルス発光動作と、
   前記第１のマルチパルス発光動作から第２の所定時間経過後に、前記第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行う第２のマルチパルス発光動作と
   を行わせ、
   前記第１のマルチパルス発光動作における各パルス発光に同期して前記第１撮像素子が撮影した前記流れ場の第１及び第２画像に基づいて、前記流れ場の第１の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出し、
   前記第２のマルチパルス発光動作における各パルス発光に同期して前記第２撮像素子が撮影した前記流れ場の第３及び第４画像に基づいて、前記流れ場の第２の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出し、
   前記第１の渦度ベクトル及び速度ベクトルと、前記第２の渦度ベクトル及び速度ベクトルとに基づいて、前記流れ場の音源強度分布を算出する
   ことを特徴とする空力騒音の音源特定装置。
2. 前記少なくとも１つの発光素子は、第１及び第２発光素子であり、
   前記制御部は、前記第１発光素子に前記第１のマルチパルス発光動作を行わせ、前記第２発光素子に前記第２のマルチパルス発光動作を行わせる、請求項１に記載の空力騒音の音源特定装置。
3. 前記第２の所定時間は、前記制御部から、前記少なくとも１つの発光素子並びに前記第１及び第２撮像素子に供給されるタイミング信号により任意に設定可能である、請求項１又は２に記載の空力騒音の音源特定装置。
4. 前記第２画像から、前記第３又は第４画像の少なくともいずれか一方の画像を減算することにより、補正後の画像を得るように構成した、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の空力騒音の音源特定装置。
5. 少なくとも１つの発光素子が第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行い流れ場に光を照射する第１のマルチパルス発光ステップと、
   前記第１のマルチパルス発光ステップによる２回のパルス発光から第２の所定時間経過後に、前記第１の所定時間間隔で２回パルス発光を行い前記流れ場に光を照射する第２のマルチパルス発光ステップと、
   前記第１のマルチパルス発光ステップにおける各パルス発光に同期して第１撮像素子が撮影した前記流れ場の第１及び第２画像に基づいて、前記流れ場の第１の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出する第１ベクトル算出ステップと、
   前記第２のマルチパルス発光ステップにおける各パルス発光に同期して第２撮像素子が撮影した前記流れ場の第３及び第４画像に基づいて、前記流れ場の第２の渦度ベクトル及び速度ベクトルを算出する第２ベクトル算出ステップと、
   前記第１の渦度ベクトル及び速度ベクトルと、前記第２の渦度ベクトル及び速度ベクトルとに基づいて、前記流れ場の音源強度分布を算出する音源強度分布算出ステップと
   を含むことを特徴とする空力騒音の音源特定方法。
6. 前記少なくとも１つの発光素子は、第１及び第２発光素子であり、
   前記第１のマルチパルス発光ステップは、前記第１発光素子が発光することにより実行され、前記第２のマルチパルス発光ステップは、前記第２発光素子が発光することにより実行される、請求項５に記載の空力騒音の音源特定方法。
7. 前記少なくとも１つの発光素子並びに前記第１及び第２撮像素子に供給されるタイミング信号により、前記第２の所定時間を任意に設定する微分時間設定ステップを更に含む、請求項５又は６に記載の空力騒音の音源特定方法。
8. 前記第２画像から、前記第３又は第４画像の少なくともいずれか一方の画像を減算することにより、補正後の画像を得る画像補正ステップを更に含む、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の空力騒音の音源特定方法。