JP2019095403A - Fluid flow visualization device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体流れ可視化装置に関する。 The present invention relates to fluid flow visualization devices.
従来、被検出物の内部流路の水や油等の流体の流れを可視化する装置として、特許文献1に開示されているように、流体内に固体の金属トレーサを混入させ、被検出物を外部からX線で撮像するものが知られている。 Conventionally, as a device for visualizing the flow of fluid such as water or oil in the internal flow path of the object to be detected, as disclosed in Patent Document 1, a solid metal tracer is mixed in the fluid to make the object to be detected It is known that an external X-ray image is taken.
ところが、被検出物の内部流路に狭小部、または、逆止弁等が設けられた可動部が存在する場合、固体のトレーサが局所に詰まり、流れ可視化が困難になるという問題があった。 However, in the case where a narrow portion or a movable portion provided with a check valve or the like is present in the internal flow path of the object to be detected, there is a problem that the solid tracer is locally clogged and the flow visualization becomes difficult.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、トレーサの詰まりを回避可能な流体流れ可視化装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and an object thereof is to provide a fluid flow visualization device capable of avoiding clogging of a tracer.
本発明の流体流れ可視化装置は、流路形成部、トレーサ供給部、X線撮像部、画像生成部、および画像処理部を備えている。流路形成部は、被検出物に対して流れ方向の前後で流路を形成する。トレーサ供給部は、流路中にトレーサを供給する。X線撮像部は、被検出物にX線を照射し、被検出物を透過したX線を検出する。画像生成部は、X線撮像部が検出したX線に基づき透過画像を生成する。画像処理部は、透過画像に所定の処理を施す。トレーサは、流体とは分離し且つ流体に比べて密度が高い液体である。 The fluid flow visualization device of the present invention includes a flow path forming unit, a tracer supply unit, an X-ray imaging unit, an image generation unit, and an image processing unit. The flow path forming portion forms a flow path before and after the flow direction with respect to the detection target. The tracer supply unit supplies the tracer into the flow path. The X-ray imaging unit irradiates the detection subject with X-rays, and detects X-rays transmitted through the detection subject. The image generation unit generates a transmission image based on the X-rays detected by the X-ray imaging unit. The image processing unit performs predetermined processing on the transmission image. A tracer is a liquid that is separate from and more dense than the fluid.
このようなトレーサは、流れる途中で流体と混ざり合うことなく、流体とは区別して透過画像に表れる。そのため、トレーサとしての十分な機能が確保される。また、トレーサは、液体であることから、被検出物の内部流路の大きさおよび形状に応じて変形可能である。そのため、被検出物の内部流路に狭小部、または逆止弁が設けられた可動部が存在する場合であっても、トレーサが局所に詰まることが回避可能である。 Such tracers do not mix with the fluid on the way, and appear in the transmission image in distinction from the fluid. Therefore, a sufficient function as a tracer is secured. Further, since the tracer is a liquid, it can be deformed in accordance with the size and shape of the internal flow path of the object to be detected. Therefore, even in the case where there is a narrow portion or a movable portion provided with a check valve in the internal flow path of the detection object, local clogging of the tracer can be avoided.
[一実施形態]
以下、一実施形態を図面に基づき説明する。図1に示すように、本実施形態の流体流れ可視化装置10は、被検出物としての製品11内部の流体12の流れを可視化するものである。
[One embodiment]
Hereinafter, one embodiment will be described based on the drawings. As shown in FIG. 1, the fluid
(基本構成)
先ず、流体流れ可視化装置10の基本構成について説明する。図1、図2に示すように、流体流れ可視化装置10は、流路形成部15、トレーサ供給部16、X線撮像部17、およびコンピュータ18を備えている。
(Basic configuration)
First, the basic configuration of the fluid
流路形成部15は、製品11に対して流れ方向の前後で流路21を形成する。トレーサ供給部16は、流路21中にトレーサ22を供給する。X線撮像部17は、製品11にX線を照射するX線源23と、製品11を透過したX線を検出するX線検出器24とを有している。
The flow path forming unit 15 forms the
コンピュータ18は、X線撮像部17が検出したX線に基づき透過画像を生成する。また、コンピュータ18は、透過画像に所定の処理を施す。このような機能を有するコンピュータ18は、画像生成部および画像処理部に相当する。
The
(特徴構成)
次に、流体流れ可視化装置10の特徴構成について説明する。図1に示すように、トレーサ供給部16は、シリンジ31、プランジャ32、およびアクチュエータ33を有している。トレーサ22は、流体12とは分離し且つ流体12に比べて密度が高い液体である。例えば、流体12が油の場合、トレーサ22は水である。また、流体12が水の場合、トレーサ22は油である。トレーサ22は、流体12に比べて高密度になるように密度が調整されている。
(Feature configuration)
Next, the characteristic configuration of the fluid
シリンジ31は、液体のトレーサ22を収容している。プランジャ32は、シリンジ31からトレーサ22を押し出し可能である。アクチュエータ33は、例えばリニアモータ等から構成されており、プランジャ32を押し出し方向へ駆動する。トレーサ供給部16は、支持台34により支持されている。
The
流路形成部15は、配管35と、配管35の一端に接続されたトレーサ導入部36とを有している。製品11は、一端が接続コネクタ37によりトレーサ導入部36に接続され、他端が接続コネクタ38により配管35に接続されている。流路21は、製品11の内部流路(以下、製品流路39)の一端から他端まで繋がっている。流体12は、ポンプ41により流路21および製品流路39を循環するように構成されている。ポンプ41は、必要に応じて流れ方向を逆転可能である。
The flow path forming unit 15 includes a
トレーサ導入部36の内部には拡張流路42が形成されている。拡張流路42には、トレーサ供給部16の供給管43が設置されている。拡張流路42は、流路21のうちトレーサ22が供給される部分であって、その前後に比べて流路断面積が大きくなっている。拡張流路42においては、流体12の流通速度が比較的遅くなる。
An expanded
トレーサ供給部16は、上述のように流通速度が比較的遅い拡張流路42にトレーサ22を素早く供給することで、トレーサ22を分離させることなく、まとまった形で供給可能である。アクチュエータ33は、プランジャ32の押し出し量(すなわち、アクチュエータ33の動作量)を制御することで、トレーサ22の粒径を調節する。また、アクチュエータ33は、拡張流路42での流体12の流通速度に応じてプランジャ32の押し出し速度を制御する。すなわち、流体12の流通速度が速いほどプランジャ32の押し出し速度が速くされる。
The
図3に示すように、製品流路39は、逆止弁44が設けられた可動部45と、分岐部46とを含む。図3は、流体12の流れにより逆止弁44が開弁している状態を示している。分岐部46の一方は、流路断面積が比較的小さくなっている狭小部47である。
As shown in FIG. 3, the
図2のコンピュータ18は、図4に示す一連の処理を行う。以降、「S」はステップを意味する。図4のS1では、トレーサ導入前に流体12を流した状態の透過画像(以下、導入前画像)が複数生成される。生成された透過画像は、コンピュータ18内部の記憶部に記憶される。S1の後、処理はS2に移行する。
The
図4のS2では、複数の導入前画像から、これらを平均化した透過画像(平均化画像)が生成される。図5に示す平均化画像では、X線吸収量が多い部位ほど暗く表示されている。S2の後、処理はS3に移行する。 In S2 of FIG. 4, a transmission image (averaged image) obtained by averaging these is generated from the plurality of pre-introduction images. In the averaged image shown in FIG. 5, the more the X-ray absorption amount is displayed, the darker it is displayed. After S2, the process proceeds to S3.
図4のS3では、トレーサ22の導入がアクチュエータ33に指示される。S3の後、処理はS4に移行する。
At S3 in FIG. 4, the
図4のS4では、トレーサ22が製品流路39を流れる間、透過画像(以下、導入後画像)が所定時間間隔で生成される。図6は、導入後画像の一例である。流体12と比べて高密度であるトレーサ22は、X線吸収量が流体12と比べて多く、比較的暗く表示されている。S4の後、処理はS5に移行する。
In S4 of FIG. 4, while the
図4のS5では、導入後画像から平均化画像を差分する差分処理が行われ、トレーサ22のみが写った画像(以下、トレーサ抽出画像)が生成される。これにより、露光時間の短い高速撮像において取得画像に多くのノイズが発生してしまい、トレーサ22の認識が困難な場合であっても、画像処理にてトレーサ22のみを抽出することで当該トレーサ22の認識を容易にすることができる。
In S5 of FIG. 4, a difference process of subtracting the averaged image from the introduced image is performed, and an image in which only the
図6の導入後画像から図5の平均化画像を差分して得られたトレーサ抽出画像を図7に示す。導入後画像と平均化画像との差が大きい部位ほど明るく表示される。そのため、トレーサ22が白く表示されている。図7には、便宜上、流路21等を白い線で表示している。S5の後、処理はS6に移行する。
A tracer extraction image obtained by subtracting the averaged image of FIG. 5 from the introduced image of FIG. 6 is shown in FIG. The portion where the difference between the introduced image and the averaged image is large is displayed brighter. Therefore, the
図4のS6では、生成された複数のトレーサ抽出画像が組み合わされて、トレーサ22の移動する様子を示す動画が生成される。そして、トレーサ22の移動量に基づき流体12の速度、ベクトルを算出することで流体12の流れが可視化される。動画を構成するトレーサ抽出画像の一部を抜き出して、時系列で図7〜図15に順に示す。
In S6 of FIG. 4, a plurality of generated tracer extraction images are combined to generate a moving image showing the movement of the
(効果)
以上説明したように、本実施形態では、流体流れ可視化装置10は、流路形成部15、トレーサ供給部16、X線撮像部17、およびコンピュータ18を備えている。流路形成部15は、製品11に対して流れ方向の前後で流路21を形成する。トレーサ供給部16は、流路21中にトレーサ22を供給する。X線撮像部17は、製品11にX線を照射し、製品11を透過したX線を検出する。コンピュータ18は、X線撮像部17が検出したX線に基づき透過画像を生成し、この透過画像に所定の処理を施す。トレーサ22は、流体12とは分離し且つ流体12に比べて密度が高い液体である。
(effect)
As described above, in the present embodiment, the fluid
このようなトレーサ22は、流れる過程で流体12と混ざり合うことなく、流体12とは区別して透過画像に表れる。そのため、トレーサ22としての十分な機能が確保される。また、トレーサ22は、液体であることから、流路21の大きさおよび形状に応じて変形可能である。そのため、製品11の内部に狭小部47、または逆止弁44が設けられた可動部45が存在する場合であっても、トレーサ22が局所に詰まることが回避可能である。
Such a
ここで、従来のように固体トレーサを用いると当該固定トレーサが局所に詰まるという問題に対して、透明な樹脂で製品を模擬したものを製作し、可視光にて流れを捉える手法を用いることが考えられる。しかし、製品の実使用環境が高圧環境である場合、樹脂製の模擬品の強度不足から実使用環境では計測することができないという欠点がある。 Here, to solve the problem that when using a solid tracer as in the past, the fixed tracer is clogged locally, a transparent resin that simulates a product is manufactured and a method of capturing a flow with visible light is used. Conceivable. However, when the actual use environment of the product is a high pressure environment, there is a disadvantage that measurement can not be performed in the actual use environment because of the lack of strength of the resin-made simulated product.
これに対して、本実施形態では、模擬品ではなく、実際の製品11を用いるため、実使用環境で計測することが可能である。
On the other hand, in the present embodiment, since the
ここで、液体のトレーサ22を用いる場合の課題として、トレーサ22の粒径を調節する必要があることが挙げられる。トレーサ22の粒径が大きすぎると流体12の流れに乗らず、追従性が悪くなる。一方、トレーサ22の粒径が小さすぎるとX線により撮像できなくなり、撮像性が悪くなる。
Here, it is necessary to adjust the particle size of the
これに対して、本実施形態では、トレーサ供給部16は、トレーサ22を収容するシリンジ31と、シリンジ31からトレーサ22を押し出すプランジャ32と、プランジャ32を駆動するアクチュエータ33とを有している。アクチュエータ33は、プランジャ32の押し出し量を制御することでトレーサ22の粒径を調節する。これにより、トレーサ22の追従性および撮像性の低下を抑制することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、拡張流路42は、流路21のうちトレーサ22が供給される部分であり、その前後に比べて流路断面積が大きくなっている。そのため、拡張流路42の流体12の流通速度が比較的遅くなり、トレーサ22を分離させることなく、まとまった形で供給し易くなっている。
Further, in the present embodiment, the expanded
[他の実施形態]
他の実施形態では、コンピュータとは別の機器が画像生成部を有していてもよい。例えば、X線用高速度カメラが用いられ、このX線用高速度カメラがX線検出器および画像生成部として機能してもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
[Other embodiments]
In another embodiment, a device separate from the computer may have the image generator. For example, a high-speed camera for X-rays may be used, and the high-speed camera for X-rays may function as an X-ray detector and an image generation unit.
The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various forms without departing from the scope of the invention.
10・・・流体流れ可視化装置
11・・・製品(被検出物)
12・・・流体
15・・・流路形成部
16・・・トレーサ供給部
17・・・X線撮像部
18・・・コンピュータ(画像生成部、画像処理部)
22・・・トレーサ
39・・・製品流路(内部流路)
10 ・ ・ ・ fluid
12: fluid 15: flow passage forming unit 16: tracer supply unit 17: X-ray imaging unit 18: computer (image generation unit, image processing unit)
22 ・ ・ ・
Claims (3)
前記被検出物に対して流れ方向の前後で流路を形成する流路形成部と、
前記流路中にトレーサを供給するトレーサ供給部と、
前記被検出物にX線を照射し、前記被検出物を透過したX線を検出するX線撮像部と、
前記X線撮像部が検出したX線に基づき透過画像を生成する画像生成部と、
前記透過画像に所定の処理を施す画像処理部と、
を備え、
前記トレーサは、前記流体とは分離し且つ前記流体に比べて密度が高い液体である流体流れ可視化装置。 A fluid flow visualization device for visualizing fluid flow in an internal flow path of an object to be detected, comprising:
A flow path forming portion that forms a flow path before and after the flow direction with respect to the detection target;
A tracer supply unit for supplying a tracer into the flow path;
An X-ray imaging unit which irradiates X-rays to the object to be detected and detects X-rays transmitted through the object to be detected;
An image generation unit that generates a transmission image based on the X-rays detected by the X-ray imaging unit;
An image processing unit that performs predetermined processing on the transmission image;
Equipped with
A fluid flow visualization device wherein the tracer is a liquid that is separate from the fluid and is denser than the fluid.
前記トレーサを収容するシリンジと、
前記シリンジから前記トレーサを押し出すプランジャと、
前記プランジャを駆動するアクチュエータと、
を有し、
前記アクチュエータは、前記プランジャの押し出し量を制御することで前記トレーサの粒径を調節する請求項1に記載の流体流れ可視化装置。 The tracer supply unit
A syringe containing the tracer,
A plunger for pushing the tracer from the syringe;
An actuator for driving the plunger;
Have
The fluid flow visualization device according to claim 1, wherein the actuator adjusts the particle size of the tracer by controlling the amount of extrusion of the plunger.
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