JP2017020789A - 流体測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流動場におけるプローブの侵襲性を低減して、精度のよい測定を可能にした流体測定装置を提供すること。【解決手段】カメラ４０，４１と、このカメラ４０，４１で撮像される流動場Ｓの被撮像空間にレーザ光ＬＢ１を照射するようにしたレーザ光照射部２８とを有し、撮像して得られた複数の画像を比較して、流動場Ｓにおける流体の流速や圧力分布等を測定するようにした流体測定装置であって、少なくともカメラカメラ４０，４１は、先端部に配置されたプローブ２６に固定されており、プローブ２６は、流体が当たる面に開口部７０を有すると共に、開口部７０内に進入した流体を被撮像空間から離れる方向に導くための内側通路７２を有し、開口部７０に進入した流体を吸引するための吸引手段３９が設けられているすることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、カメラの撮像で得られた画像に基づいて、流体の状態を測定可能な流体測定装置に関する。

従来、トレーサ粒子等を混入させた流動場に対してレーザ光を照射し、該照射された粒子を含む空間の複数の画像をカメラで微小時間差をつけて撮像することで、流動場の流速や圧力分布等を二次元又は三次元的に測定する装置が知られている。
例えば、流動場にシート状のレーザ光を形成し、このシート状の面方向を１台のカメラが微小時間差をつけて撮像することで、当該面方向の粒子の変位量から２次元の速度等を測定する２次元２成分（２ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ２ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の方式や、前記面方向を２台のカメラの夫々が微小時間差をつけて撮像することで、所定の解析アルゴリズムを用いて、当該面方向とそれに直交する方向の３速度成分を測定する２次元３成分（２ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ３ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の方式が知られている。また、三次元の流速等を測定する方法としては、流動場にレーザ光でなる立体的空間を形成して、これを複数のカメラで撮像し、所定の解析アルゴリズムを用いて３次元の３速度成分を測定する３次元３成分（３ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ３ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の方式もある。

特許文献１は、このような流動場の流速や圧力分布等を測定する装置であり、狭い流動場でも流速等を測定できるように、特許出願人が提案したものである。
即ち、特許文献１は、その図１に示されるように、狭い流動場に挿入可能なように小型化したプローブ２６と、比較的大きな機器であるレーザ発振部３０とを別々に配置し、プローブ２６とレーザ発振部３０とは、レーザ発振部３０のレーザ光を伝達可能な光ファイバーケーブルＣ２を介して接続されている。プローブ２６には、小型カメラ４０，４１、及び、光ファイバーケーブルＣ２から受けたレーザ光をシート光に変換して照射するためのレーザ光照射部２８が固定されている。このようにして小型化されたプローブ２６のみを狭い流動場に挿入し、そこからレーザ光を照射して、照射された空間をカメラ４０，４１で撮像することで流体状態を測定可能としている。

特開２０１４−１３４４９４公報

ところで、特許文献１のように、狭い流動場にプローブを挿入して流体状態を測定するプローブ方式の装置では、その流動場の狭さや空間形状によっては、プローブが流動場の流れを侵襲する恐れがあることに発明者は気付いた。そこで、流動場におけるプローブ周辺の流速・圧力分布を測定したところ、図８に示すように、流体がプローブに当たることで流れを乱している状況を確認できた。なお、このようなプローブによる流動場の侵襲性については、例えば上記２次元２成分方式、２次元３成分方式、或いは３次元３成分方式に限られるものではない。

本願発明は以上の課題を解決するためのもので、流動場におけるプローブの侵襲性を低減して、精度のよい測定を可能にした流体測定装置を提供することを目的とする。

上記課題は、本発明によれば、カメラと、このカメラで撮像される流動場の被撮像空間にレーザ光を照射するようにしたレーザ光照射部とを有し、前記撮像して得られた画像により、前記被撮像空間における流体の流速や圧力分布等を測定するようにした流体測定装置であって、少なくとも前記カメラは、前記流動場に配置されるようにしたプローブに固定されており、前記プローブは、前記流体が当たる面に開口部を有すると共に、前記開口部内に進入した前記流体を前記被撮像空間から離れる方向に導くための内側通路を有し、前記開口部に進入した前記流体を吸引するための吸引手段が設けられている流体測定装置により達成される。

本発明の流体測定装置では、少なくともカメラはプローブに固定されているため、狭い流動場であっても、このプローブを流動場に挿し入れるなどして配置して、カメラで流動場内の空間を撮像できる状態となる。そして、流動場にトレーサ粒子等を流して、レーザ光照射部から流動場内の所望の被撮像空間にレーザ光を照射し、カメラで被撮像空間を撮像することで、被撮像空間の流体状態を測定することができる。
ここで、プローブは流動場内に配置されるため、流体はプローブに当たるが、本発明のプローブは、流体が当たる面に開口部を有すると共に、開口部内に進入した流体を被撮像空間から離れる方向に導くための内側通路を有している。そうすると、流体はプローブの当該面全体に当たることはなく、一部が開口部の中に進入して、プローブ内の内側通路を通り、被撮像空間から離れていくことになる。従って、開口部と内側通路に入った流体の分だけ、流動場におけるプローブの侵襲性を低減できる。
さらに、流体を吸引するための吸引手段により、開口部内に進入した流体が再び開口部から外に出たり、或いは内側通路内で流体が停滞して新たな流体が進入できないような事態を防止し、流動場の流れを乱す恐れを有効に防止できる。

また、好ましくは、前記開口部に設けられた圧力センサの計測結果に基づいて、前記開口部における内面側の圧力と外面側の圧力とが等価となるように、前記吸引する量を制御するようにしたことを特徴とする。
この「等価となる」状態は、開口部内だけで乱流などが生じておらず、開口部の内側と外側とが同様の状態（流体の速度と方向が同様の状態）であり、従って、このような状態を維持するような吸引量の制御を行えば、あたかもプローブが流動場内に存在しなかったかのような状態を作り出すことができる。
なお、上記「等価」は開口部の実際の内側と外側の圧力が等しいことを意味し、例えば、開口部の内面側と外面側の双方に圧力センサを設けた場合において、両者のセンサの仕様差に応じて、両センサの計測値が一定比率であっても構わない。

また、好ましくは、前記開口部と前記吸引手段との間に、前記吸引する量を制御するための流量制御弁が設けられていることを特徴とする。
従って、例えば開口部と吸引手段との間の距離が長かったり、吸引手段が吸引量を迅速に変更できなかったりしても、流量制御弁により、開口部における内面側の圧力と外面側の圧力とが等価となるように迅速に流体の流量を制御して、短時間でも流動場の流れを乱す恐れを有効に防止できる。

また、好ましくは、前記プローブには、前記内側通路と空間的に繋がり、前記被撮像空間から離れる方向に延伸可能なチューブ状部材が接続されており、前記吸引手段は、前記チューブ状部材を介して前記開口部内に進入した前記流体を吸引するようにしたことを特徴とする。
従って、開口部内に進入した流体を、チューブ状部材を介して被撮像空間からより遠ざけた位置に導いて、被撮像空間に影響を及ぼすような要因をより効果的に除去できる。また、吸引手段も流動場から遠ざけた位置に置くことができ、吸引手段が流動場の乱流の要因になることも防止できる。

また、好ましくは、前記開口部は、周縁部が細枠状とされ、さらに、内側に前記流体を前記内側通路に導くためのガイド壁が形成されていることを特徴とする。
そうすると、開口部はその周縁部が細枠状であるため、周縁部に当たる流体の量を低減して、流体が周縁部に当たることで生ずる乱流さえも抑制できる。
また、開口部の内側に流体を内側通路に導くためのガイド壁があるため、開口部に進入した流体を円滑に内側通路に導いて、開口部内で流体が停滞して新たな流体が円滑に進入できない恐れをより有効に防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、狭い流動場等におけるプローブの侵襲性を低減して、精度のよい測定を可能にした流体測定装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る流体測定装置の概略図。 図１のプローブの先端面を正対視した図。 図２のＡ−Ａ断面図。 図１のプローブの先端面側の水平断面図。 図４の圧力センサの変形例であり、図５（Ａ）は図４の一点鎖線で囲った図に対応しており、内面側の圧力と外面側の圧力とが等価である状態図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図。 図５（Ａ）の圧力センサの圧電素子が変形をしている図。 本発明の実施形態の流体測定装置のプローブを流動場に載置して、プローブ周辺の流体状態（矢印は流体の速度と方向を示し、四角形状部はプローブを示す）を測定した図。 流動場に載置された従来のプローブ周辺の流体状態（矢印は流体の速度と方向を示し、四角形状部はプローブを示す）を測定した図。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図において付した同じ符号は同様の構成を有している。

先ず、本発明の実施形態に係る流体測定装置の概要を、図１を用いて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る流体測定装置２０の全体の概略図である。
この図の流体測定装置（以下、「本装置」という）２０は、車のエンジンルームや車の床下、都市模型風洞試験におけるビル模型間の場所、等の狭く又は複雑なスペースの流動場Ｓの流体状態（流れる速度や方向、又は圧力分布）を測定するのに好適に使用される。
なお、本実施形態では、気流の流速や圧力分布を測定するための装置を例示するが、本発明はこれに限られず、水流の流速や圧力分布を測定するようにした装置であっても構わない。

本装置２０は２次元３成分（２ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ３ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の流体状態を測定する装置であり、トレーサ粒子を混入する等した流動場Ｓにレーザ光ＬＢ１を照射して、被撮像空間にシート状のレーザシート光ＳＰを形成し、このレーザシート光ＳＰ内の粒子等に照射されてなる散乱光を２台のカメラ４０，４１で撮影し、レーザシート光ＳＰの面方向ＸＹと面外方向Ｚを測定するようになっている（図の方向Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する）。従って、レーザシート光ＳＰはシート状で厚みを必要としないため、幅が狭かったり、物体面に近接したりする流動場Ｓの流体状態を測るのに適している。

また、本装置２０は、本体部２２と、この本体部２２にチューブ２４を介して接続されたプローブ２６とを有している。プローブ２６には出来るだけ機器や装置を配置せず、本実施形態の場合、比較的大きめの機器としては、カメラ４０，４１とレーザ光照射部２８のみが配置され、小型化されている。これにより、狭い流動場Ｓに小型化されたプローブ２６を挿入して、流速等を測れるようにしている。

〔プローブ以外の構成の概要〕
次に、本装置２０のプローブ２６以外の構成について説明する。
図１の本体部２２には、レーザ発振部３０、レーザ電源３１、カメラ電源３２、コントローラ３３、コンピュータ３４、冷却装置３５がまとめて配設されている。
レーザ発振部３０はレーザ光を発振させる装置であり、発振したレーザ光はチューブ２４及びプローブ２６のレーザ光照射部２８を介して、流動場Ｓの被撮像空間に向かって面状のレーザ光ＬＢ１となるように照射される。本実施形態のレーザ光ＬＢ１はダブルパルスレーザであり、例えば５３２ｎｍの波長のＹＡＧレーザが使用できる。
レーザ電源３１は、レーザ発振部３０に電源を供給し、パルスレーザのパルス幅に対応して通電するようになっている。

カメラ電源３２は、プローブ２６内の複数のカメラ４０，４１に電気的に接続され、電源を供給すると共に、カメラ４０，４１との間で信号の送受信を行っている。このカメラ電源３２とレーザ電源３１はコントローラ３３に接続されている。
コントローラ３３は、カメラ電源３２とレーザ電源３１とを同期させることで、レーザ発振部３０からレーザ光を発振するタイミングと、カメラ４０，４１で撮影するタイミングとを同期させている。また、このコントローラ３３はコンピュータ３４に接続され、カメラ４０，４１で撮影した画像データをコンピュータ３４に送信するようになっている。
コンピュータ３４は、受信した複数枚の画像データに基づいて、公知の解析アルゴリズム（例えば、特開２００４−２０３８５参照）を用いて、流動場Ｓの流速などを算出する。すなわち、互いに撮影角度の差をつけるようにした２台のカメラ４０，４１から送られてきた微小時間差をおいた夫々の２枚の画像（レーザシート光ＳＰ内の散乱光画像など）のデータと、上記撮影角度の差から、マッピング関数を用いて、レーザシート光ＳＰの面方向のベクトルＸＹと、これに直交するベクトルＺにおける粒子の移動量を計算している。

チューブ２４は可撓性を有する管状であり、複雑な形状を有する流動場Ｓであっても、くねらせながら、その先端に付けられたプローブ２６を流動場Ｓに挿入できるようにしている。すなわち、チューブ２４は中空状とされ、その内側に複数の可撓性を有するケーブル又はチューブ類Ｃ１〜Ｃ４が挿通された、所謂複合ケーブルである。図１のＣ１は冷却用チューブ、Ｃ２はレーザ発振部３０のレーザ光を伝達可能な光ファイバーケーブル、Ｃ３及びＣ４はカメラ４０，４１の夫々の電源及び信号ケーブルである。なお、これらのケーブル又はチューブ類Ｃ１〜Ｃ４は、プローブ２６内に差し込まれてプローブ２６内で固定されている。
このように、可撓性のあるチューブ２４を使用できたのは、複数のカメラ４０，４１及び、後述するレーザ光照射部２８をプローブ２６の方に収容固定して、本体部２２とプローブ２６との位置関係を問わないようにしたためである。

〔プローブについて〕
次に、プローブ２６について、上述した図１、及び図２〜図３を用いて説明する。
図２はプローブ２６を図１のＦ方向（先端側）から見た先端面の図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図３では図面が煩雑にならないように、ケーブルＣ３及びＣ４の一部を省略し、また、断面を表すハッチングを適宜省略して図示している。
図３に示すように、本装置２０の先端部に配置されたプローブ２６は、筐体２９に、複数のカメラ４０，４１、レーザ光照射部２８、及び光ファイバーケーブルＣ２を固定するようにしており、互いの相対的な位置関係が予め決められているため、使用の際、キャリブレーションを用いた位置調整が不要である。

筐体２９は、図１に示すように、外形が全体的に略矩形状であって、４面の壁面２９Ａ〜２９Ｄが流体の流れる方向ＦＬに沿うように形成されている。これにより、筐体２９の壁面２９Ａ〜２９Ｄが流れＦＬに与える影響を最小限に抑えることができる。なお、本発明の筐体２９の外形は矩形状に限られないが、この際、可及的に多くの壁面が流体の流れＦＬに沿うようにした他の形状（例えば円柱状や三角柱状など）が好ましい。

そして、筐体２９は、カメラ４０，４１を収容固定しており、後述する反射鏡１２，１３と被撮像空間（つまりレーザシート光ＳＰが形成された空間）との間、及び、レーザ光照射部２８と被撮像空間との間に、壁面２９Ａの一部を構成するようにして、透明又は透光性を有する窓部１５が配置されている。これにより、レーザ光照射部２８からレーザ光ＬＢ１を照射して、外部にレーザシート光ＳＰを形成できる。そして、プローブ２６の密閉空間ＡＣ（図３参照）に収容されたカメラ４０，４１が、反射鏡１２，１３を介して外側のレーザシート光ＳＰの散乱光を撮像できる。なお、本実施形態の窓部１５は一枚であり、壁面２９Ａの略周縁部を除く中央領域全てに配置されている。

カメラ４０，４１は、デジタル式のＣＯＭＳカメラやＣＣＤカメラ等を利用でき、レーザシート光ＳＰの粒子に当たった散乱光を撮像するものである。図では、２台のカメラ４０，４１が流体の流れＦＬと同じ方向Ｚに並んでおり、反射鏡１２，１３を介して互いに角度差をつけた撮像が可能となるようにプローブ２６に固定されている。
図３に示すカメラ４０，４１は、撮像レンズ４２，４３とボディ部４５，４６とが分離しており、ボディ部４５，４６には、撮像レンズ４２，４３で集めた光を結像させて電気信号に変換するＣＣＤセンサ等の撮像素子５２、及びこの撮像素子５２やコンデンサ等を搭載した基板５３を有している。そして、カメラ４０，４１は所謂シャインフルーグ（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ）機能を有しており、撮像レンズ４２，４３がプローブ２６に固定されているのに対して、ボディ部４５，４６が図３のＲ方向に所要の角度だけ回転可能とされ、これにより、撮像レンズ４２，４３の光軸と撮像素子５２の光軸とにあおり角を付けられるようにしている。従って、照射方向Ｘに所定の長さを有するレーザシート光ＳＰであっても、カメラ４０，４１は焦点を合わせることができる。

レーザ光照射部２８は、光ファイバーケーブルＣ２からの出射光ＬＢ２をシート状のレーザシート光ＳＰにして照射するものであり、レーザシート光ＳＰを生成するための光学系であるシート光形成部２８ａと、このシート光形成部２８ａからのレーザ光を屈曲させ、被撮像空間に向けてレーザ光ＬＢ１を照射するための屈曲光学部２８ｂとを有する。シート光形成部２８ａと屈曲光学部２８ｂとは、２台のカメラ４０，４１が並ぶ方向Ｚに沿って並べられている。
具体的には、シート光形成部２８ａは、筐体２９内に挿入された光ファイバーケーブルＣ２からの出射光ＬＢ２を図のＸＺ面方向のみ収束させる例えば凸シリンドリカルレンズからなる光学系レンズ６０を有している。
屈曲光学部２８ｂについては、照射方向を変えるための照射方向変更部６６を有している。この照射方向変更部６６には、光学系レンズ６０からのレーザ光の方向Ｚを変えるためのプリズムやキューブミラー等が利用でき、本実施形態ではレーザ光を９０度屈曲させる直角プリズムを使用している。

この点、２台のカメラ４０，４１は、レーザ光照射部２８からレーザ光ＬＢ１が照射される方向Ｘと直交するレーザシート光ＳＰの面外方向Ｚに沿って配列されている。このため、プローブ２６の中で最も大きな外形を有するカメラ４０，４１を並べたことで、プローブ２６は、カメラ４０，４１の配列方向Ｚと直交する方向（即ち、レーザ光ＬＢ１が照射される方向）Ｘの寸法Ｄを小さくすることができる。

そして、カメラ４０，４１は、その撮像レンズ４２，４３が、レーザ光ＬＢ１の照射方向Ｘを中心にして、レーザシート光ＳＰ側とは反対側を向くように配置され、撮像レンズ４２，４３の前であってプローブ２６に固定された平板状の反射鏡１２，１３を介して、レーザシート光ＳＰを撮像するようにしている。従って、カメラ４０，４１の撮像レンズ４２，４３の固定位置を略変えずに、ボディ部４５，４６をレーザ光ＬＢ１側に振ることが出来る分、カメラ４０，４１の配列方向Ｚについて、プローブ２６の寸法Ｗを小さくすることができる。
即ち、レーザシート光ＳＰに対して大きな角度を付けて撮影することが、粒子の移動量を正確に把握する上で好ましいため、レーザシート光ＳＰの中心ＣＮ（Ｚ方向におけるレーザ光の収束箇所）とカメラ４０，４１の撮像方向との交差角θ１，θ２を小さくすることはできず、この互いに異なる交差角θ１，θ２を維持したまま、ボディ部４５，４６をレーザ光ＬＢ１側に振っている。
このようにして、プローブ２６は寸法Ｄも寸法Ｗも小さくすることができる。

本実施形態では、反射鏡１２，１３は、その主面がレーザシート光ＳＰを向くようにして、照射方向Ｘに対して所定の傾きθ３，θ４を有している。図の場合、レーザ光ＬＢ１により近い反射鏡１３の傾きθ３は反射鏡１２の傾きθ４に比べて大きく形成されている。これにより、カメラ４０，４１を図のＺ方向に沿うようにより大きく振って、後述の内側通路７２や流量制御弁８０を設けたとしても、照射方向ＸのサイズＤが過大になる事態を回避している。

また、本実施形態では、プローブ２６からのレーザ光ＬＢ１の照射方向Ｘについて、被撮像空間に向かって、レーザ光照射部２８、複数のカメラ４０，４１の順に配置されている。これにより、プローブ２６に近接してＹ方向に拡がった空間を形成し難いレーザシート光ＳＰを、可及的にプローブ２６に近づけている。そして、レーザシート光ＳＰをプローブ２６に近づけることができれば、小さな流動場Ｓであっても対応でき、さらに、カメラ４０，４１の反射鏡１２，１３を介した撮像方向とレーザシート光ＳＰとの交差角θ１，θ２を大きくとって、精度のよい測定も可能になる。

以上のようにして小型化され、流動場Ｓの被撮像空間（即ちレーザシート光）ＳＰに近づいて撮像可能になったプローブ２６については、流体がプローブ２６に当たって流れを乱すことで、測定に悪影響を与える恐れがある。
そこで、本装置２０はこの悪影響を防止するため種々の工夫をしており、これを、上述した図１〜図３、さらにプローブ２６の先端面側の水平断面図（ＸＺ面方向の断面図）である図４を用いて、以下、説明する。なお、図４では図面が煩雑にならないように、断面を表すハッチングを適宜省略して図示している。

〔流乱防止の構成等について〕
先ず、図１及び図３に示すように、プローブ２６は、流体が当たる面に開口部７０を有すると共に、開口部７０内に進入した流体を被撮像空間ＳＰから離れる方向に導くための内側通路７２を有している。そうすると、流体は、プローブ２６の先端面全体に当たることはなく、一部が開口部７０の中に入って、内側通路７２を通り、被撮像空間ＳＰから離れていくことになる。従って、内側通路７２に入った流体の分だけ、プローブ２６の流動場への侵襲性を低減できる。

本実施形態の開口部７０は、図１〜図３に示すように、プローブ２６の先端面（本実施形態では流体が最初に当たる面）に形成され、その周縁部（換言すれば、先端面の周縁部）６５が細枠状とされている。そうすると、プローブ２６の先端面において、流体の流れＦＬが衝突するのは、この面積的に小さな細枠状部だけであり、従って、流体が周縁部６５に当たることで生ずる乱流も低減できる。
図４の二点鎖線で囲った図に示すように、被撮像空間側の周縁部６５は、先端側の厚みが小さく、この先端から後端側（図４の左側）に向かうに従って除々に厚みが大きくなる傾斜面６５ａを有している。この周縁部６５は、略尖ったような形状が好ましく、さらに、開口部７０の内側だけ削ぎ落とした片刃形状とするのがより好ましい。周縁部６５がこのような形状であると、先端の略尖った部分に当たった流れＦＬ１は円滑に分岐し、分岐した一方の流れＦＬ２は傾斜面６５ａに沿って開口部７０の内側に円滑に導かれる。そして、分岐した他方の流れＦＬ３については、開口部７０の外側に向かうことになるが、その粘性により、流体の全体的な流れＦＬに沿った壁面２９Ａに沿って流れ易くなる。このようにして、周縁部６５に当たった流れＦＬ１は、その分岐の際に僅かな乱れは生じるが、その乱れは測定結果に影響を与えるものとはならない。

図１及び図３に示す内側通路７２は、流体の流れＦＬに沿って形成され、レーザ光ＬＢ１の照射方向Ｘと直交する方向Ｚであって、屈曲光学部２８ｂから離れるように延伸している。この内側通路７２は、過大であるとプローブ２６自体が大きくなってしまうため、図のＸＹ方向について、少なくとも開口部７０の断面積に比べて小さな断面積とされ、好ましくは、流動場Ｓの大きさや、プローブ２６と被撮像空間ＳＰとの距離、流体の速度などを考慮して決めるのがよい。
図の場合、プローブ２６の内側にはカメラ４０，４１やレーザ光照射部２８等を密閉する収容部６７が形成され、この収容部６７と筐体２９の被撮像空間ＳＰから最も離れた壁面２９Ｂとで画される空間を利用して内側通路７２が形成されている。
そして、開口部７０については、その内側で流体が停滞して新たな流体が円滑に進入できない恐れを有効に防止するため、その内側に流体を内側通路７２に導くためのガイド壁６７Ａが形成されている。このガイド壁６７Ａは、図の場合、収容部６７の開口部７０に臨む傾斜した壁面である。即ち、開口部７０内に進入した概ねの流体が最初に当たるのは壁面６７Ａであるため、この壁面６７Ａを内側通路７２に向かうに従ってプローブ２６の後端側（図３の左側）になるように傾斜させている。
このようにして、内側通路７２は、照射方向Ｘについて被撮像空間ＳＰから最も離れた位置にあり、かつ、この内側通路７２に円滑に流体を導くようにたガイド壁（壁面６７Ａ）を有するので、照射方向Ｘについて被撮像空間ＳＰ側で流れＦＬが乱れることを効果的に防止しながら、流体を円滑に内側通路７２に流すことができる。

次に、流乱防止の構成として、内側通路７２を通る流体を測定に略影響を及ばさない場所まで導いている。
即ち、本装置２０は、図３に示すように、プローブ２６に、内側通路７２と空間的に繋がり、被撮像空間ＳＰから離れる方向に延伸したチューブ状部材Ｃ６が接続されている。
チューブ状部材Ｃ６は、一方の端部Ｃ６ａがプローブ２６の中まで差し込まれ、この差し込まれた端部Ｃ６ａが内側通路７２としての役割も有している。そして、チューブ状部材Ｃ６は可撓性を有し、光ファイバーケーブルＣ２等とまとめてチューブ２４の中に収められ、図１に示すように、他方の端部Ｃ６ｂが、流動場Ｓの外部に配置された本体部２２に接続されている。これにより、図１及び図３に示すように、内側通路７２を通った流体を、チューブ状部材Ｃ６を介して流動場Ｓの外部に排出でき、従って、被撮像空間ＳＰに影響を及ぼすことを防止できる。

次に、チューブ状部材Ｃ６の他方の端部Ｃ６ｂは、本体部２２側に設けられたファンやポンプ等の吸引手段３９に接続され、この吸引手段３９で開口部７０に進入した流体をチューブ状部材Ｃ６を介して吸引するようにしている。具体的には、吸引手段３９は、流動場Ｓにおいてプローブ２６の外側の流体が流れる所要の速度や圧力分布に影響を及ばさない吸引量、即ち、開口部７０に正対視した開口面積（図２の平行斜線で示す部分の面積）を通過する流量と同流量となるように吸引している。これにより、開口部７０の開口面積（ＸＹ方向の断面積）に比べて内側通路７２やチューブ状部材Ｃ６のＸＹ方向の断面積が小さい場合であっても、流体を内側通路７２やチューブ状部材Ｃ６に積極的に導いて、流動場Ｓへのプローブ２６の侵襲性を有効に防止できる。

この点、吸引手段３９の吸引量は計算又はテストで予め決めてもよいが、エンジンルーム等の流動場Ｓにおける流体の流れは複雑な場合がある。このため、開口部７０を正対視した開口面積（図２の平行斜線で示す部分の面積）を通過する流量と同流量を正確に判断することは難しい。そこで、図４に示すように、開口部７０に設けられた圧力センサ７５，７６の計測結果に基づいて、開口部７０における内面７０Ａ側の圧力と外面７０Ｂ側の圧力とが等価となるように吸引量を制御している。
この吸引量の制御は、図１に示すように、吸引手段３９と開口部７０との間に所定の距離があったとしても、リアルタイムに制御できるのが好ましく、そこで、吸引手段３９の吸引量は一定にし、開口部７０と吸引手段３９との間、好ましくは図３及び図４に示すように、内側通路７２に配置された流量制御弁８０で流量を制御するのがよい。流量制御弁８０には、例えばゲート弁・グローブ弁・ボール弁・バタフライ弁で流路を調整する公知のバルブを用いることができる。この流量制御弁８０は、図１に示すバルブ駆動回路部３７と接続され、バルブ駆動回路部３７からの信号で駆動するようになっている。

具体的には、図３及び図４に示すように、開口部７０の周縁部６５（図の場合、開口部７０の端面から１０ｍｍ程度後側の位置）には、内面７０Ａに形成された穴の中に、内面７０Ａ側に向かって露出する内側圧力センサ７６、及び、外面７０Ｂに形成された穴の中に、外面７０Ｂ側に向かって露出する外側圧力センサ７５が埋め込まれている。内側圧力センサ７６は内面７０Ａ側の流れＦＬ４に応じて発生した負圧を、また、外側圧力センサ７５は外面７０Ｂ側の流れＦＬ５に応じて発生した負圧を、同時に計測している。
これら内側及び外側圧力センサ７５，７６には、例えば水晶振動片やダイヤフラムを利用した小型の公知の圧力センサを用いることができ、好ましくは、同様の仕様を有し、互いに対向して配置されるのが好ましい。
これら内側及び外側圧力センサ７５，７６を設けた分、周縁部６５の壁の厚みＤ２は増加する。そこで、もし、この厚みＤ２部分に当たった流れが乱れたとしても、それが被撮像空間の流体状態に影響を及ぼさないように、内側及び外側圧力センサ７５，７６は、被撮像空間ＳＰから最も離れて配置され、また、周縁部６５の先端がテーパを付けるように削ぎ落とされた両刃形状とされている。

そして、内側圧力センサ７６の計測結果は信号線Ｃ５ａを通じて、外側圧力センサ７５の計測結果は信号線Ｃ５ｂを通じて、それぞれ増幅された後、信号Ｇ１，Ｇ２として図１の判定部３８に送信される。
図１の判定部３８では、該内側圧力センサの測定値と外側圧力センサの測定値とを比較して、両数値の差分を判断し、その差分を信号Ｇ３として、接続されたコンピュータ３４に送信する。コンピュータ３４は、該差分がゼロとなるようにバルブ駆動回路部３７に流量設定信号Ｇ４を送信し、バルブ駆動回路部３７は該信号Ｇ４に基づいて、図４の流量制御弁８０を駆動するようになっている。

なお、図４に示す内側圧力センサ７６と外側圧力センサ７５には同じ仕様のセンサが用いられており、流量制御弁８０はこの両者の測定値が等しくなるように制御されている。しかし、本発明はこのような態様に限られず、例えば、内側圧力センサ７６と外側圧力センサ７５の仕様を異なるものとし、その仕様差を加味して、内側圧力センサ７６の測定値と外側圧力センサ７５の測定値とが一定の比率を有するように、流量制御弁８０を制御するようにしてもよい。

また、本実施形態では、内側圧力センサ７６と外側圧力センサ７５の２つを用いているが、本発明の圧力センサは必ずしも２つ必要なわけではなく、例えば、図４の一点鎖線で囲った図に対応した圧力センサの変形例である図５に示すように、一つの圧力センサ８２であっても構わない。
図５において、開口部の周縁部６５には、内面７０Ａ側と外面７０Ｂ側とを結ぶ貫通孔８５が形成されており、この貫通孔８５の中に一つの圧力センサ８２が配設されている。この圧力センサ８２は、内面７０Ａ側に臨むダイヤフラム８６と、外面７０Ｂ側に臨むダイヤフラム８７とを有し、これら２つのダイヤフラム８６，８７で密閉された空間Ｓ１に、表裏に電極８８が設けられた圧電素子９０が収容されている。このような構成であると、図６に示すように、例えば、内側の流れＦＬ４に比べて外側の流れＦＬ５が強いと、貫通孔８５の外面７０Ｂ側の方の負圧が大きくなって、圧電素子９０は外側に撓むことになる。従って、その撓んだ分に応じて電圧が変化するため、その変化量に基づいて、予め定められたデータテーブルを参照して、図４の流量制御弁８０の流量を制御すればよい。

本装置２０は以上のように構成されており、プローブ２６は、流体の当たる先端面に細枠状の周縁部６５だけを残すようにして開口部７０を有すると共に、開口部７０内に進入した流体を被撮像空間ＳＰから遠ざけるように導く内側通路７２を有している。さらに、この内側通路７２は、チューブ状部材Ｃ６と空間的につながっており、このチューブ状部材Ｃ６の他方の端部は流動場Ｓから離れた位置にある。そうすると、先端面に向った殆どの流体は開口部７０の中に入って、内側通路７２とチューブ状部材Ｃ６を介して、被撮像空間ＳＰから離れることになる。この際、吸引手段３９により、開口部７０に進入してきた流体の流量に対応して吸引しているため、内側通路７２とチューブ状部材Ｃ６の内径が小さくても、開口部７０に進入してきた流体をそのまま流動場Ｓの外部に排出することができる。
図７は、このような実施形態に係るプローブ２６を流動場Ｓに載置して、該プローブ２６の周辺の流体状態（流速及び方向）を測定した図である。この図７と流動場に載置された従来のプローブ周辺の流体状態を測定した図８とを比較して分かるように、本装置２０は、少なくとも被撮像空間に影響を及ぼすような乱流は見られなかった。

ところで、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形例を採用できる。
例えば、流体測定装置は、被撮像空間に形成したレーザシート光の面方向の粒子の変位量から２次元の速度等を測定する２次元２成分（２ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ２ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）や、被撮像空間に円柱状のレーザ光を形成して、２台以上のライトフィールドカメラを使い、焦点距離の異なる複数の焦点平面像を撮影することで、多断面ステレオＰＩＶによるボリュームＰＩＶとする多断面２Ｄ３Ｃ（２ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ３ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）としてもよい。
また、上記実施形態では、複数のカメラ４０，４１とレーザ光照射部２８の双方をプローブ２６内に収容しているが、レーザ光照射部２８は、カメラ４０，４１を固定したプローブ２６とは別のプローブに固定する構成にしてもよい。
また、プローブ２６に収容されるカメラの台数は２台だけではなく、１台あるいは３台以上であっても構わない。
また、図３に示すチューブ状部材Ｃ６は必ずしも必要ではなく、チューブ状部材Ｃ６が収容されていない図１のチューブ２４を介して、流体を吸引するようにしてもよい。この場合、例えば、図１に示すチューブ２４と本体部２２のケーシングとを接続し、該ケーシングに取付けられたファンを駆動させることで該ケーシング内を陰圧にして、チューブ２４を介して内側通路７２内の流体を吸引してもよい。
また、上記実施形態の吸引手段３９は本体部２２に配置されているが、本発明はこれに限られず、例えば、プローブ２６内やチューブ２４の途中に配置されても構わない。

１２，１３・・・反射鏡、２０・・・流体測定装置、２６・・・プローブ、２８・・・レーザ光照射部、３０・・・レーザ発振部、３９・・・吸引手段、４０，４１・・・カメラ、７０・・・開口部、７２・・・内側通路、７５・・・外側圧力センサ、７６・・・内側圧力センサ、８０・・・流量制御弁、Ｓ・・・流動場，ＬＢ１・・・レーザ光、ＳＰ・・・レーザシート光（被撮像空間）、Ｃ２・・・光ファイバーケーブル、Ｃ６・・・チューブ状部材

Claims (5)

1. カメラと、このカメラで撮像される流動場の被撮像空間にレーザ光を照射するようにしたレーザ光照射部とを有し、前記撮像して得られた画像により、前記被撮像空間における流体の流速や圧力分布等を測定するようにした流体測定装置であって、
   少なくとも前記カメラは、前記流動場に配置されるようにしたプローブに固定されており、
   前記プローブは、前記流体が当たる面に開口部を有すると共に、前記開口部内に進入した前記流体を前記被撮像空間から離れる方向に導くための内側通路を有し、
   前記開口部に進入した前記流体を吸引するための吸引手段が設けられている
   ことを特徴とする流体測定装置。
2. 前記開口部に設けられた圧力センサの計測結果に基づいて、前記開口部における内面側の圧力と外面側の圧力とが等価となるように前記吸引する量を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の流体測定装置。
3. 前記開口部と前記吸引手段との間に、前記吸引する量を制御するための流量制御弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の流体測定装置。
4. 前記プローブには、前記内側通路と空間的に繋がり、前記被撮像空間から離れる方向に延伸可能なチューブ状部材が接続されており、
   前記吸引手段は、前記チューブ状部材を介して前記開口部内に進入した前記流体を吸引するようにした
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流体測定装置。
5. 前記開口部は、周縁部が細枠状とされ、さらに、内側に前記流体を前記内側通路に導くためのガイド壁が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の流体測定装置。