JP2805043B2 - 運動する管内の流量計測方法 - Google Patents
運動する管内の流量計測方法Info
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- JP2805043B2 JP2805043B2 JP8207716A JP20771696A JP2805043B2 JP 2805043 B2 JP2805043 B2 JP 2805043B2 JP 8207716 A JP8207716 A JP 8207716A JP 20771696 A JP20771696 A JP 20771696A JP 2805043 B2 JP2805043 B2 JP 2805043B2
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- Japan
- Prior art keywords
- flow
- flow rate
- moving pipe
- pipe
- impeller
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- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、運動する管内の
流体の流量を計測する流量計測方法に関するものであ
る。
流体の流量を計測する流量計測方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】固定した管内の流体の流量を計測する方
法としては、絞り流量計、面積流量計、容積流量計、タ
ービン流量計、電磁流量計、超音波流量計などの流量測
定技術、ピトー管、翼車形流速計、熱線熱膜流速計、超
音波流速計、レーザードップラー流速計などの流速測定
技術がある。
法としては、絞り流量計、面積流量計、容積流量計、タ
ービン流量計、電磁流量計、超音波流量計などの流量測
定技術、ピトー管、翼車形流速計、熱線熱膜流速計、超
音波流速計、レーザードップラー流速計などの流速測定
技術がある。
【０００３】しかし、運動している管内の流体の流量を
計測する方法としては、上記の測定技術をそのまま使用
することができない場合が多い。
計測する方法としては、上記の測定技術をそのまま使用
することができない場合が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】例えば、絞り流量計、
電磁流量計、熱線熱膜流速計などは、運動する管にセン
サを取り付ける必要があり、信号の伝送が困難である。
面積流量計、ピトー管は値の読み取りが不可能である。
容積流量計、タービン流量計、翼車形流速計は流路内に
回転する羽根車、翼車を挿入する必要があり、また信号
の伝送が困難である。超音波流量計及び流速計、レーザ
ードップラ流速計は定点計測であるため、信号の検出が
ごく短時間であるため計測は困難である。
電磁流量計、熱線熱膜流速計などは、運動する管にセン
サを取り付ける必要があり、信号の伝送が困難である。
面積流量計、ピトー管は値の読み取りが不可能である。
容積流量計、タービン流量計、翼車形流速計は流路内に
回転する羽根車、翼車を挿入する必要があり、また信号
の伝送が困難である。超音波流量計及び流速計、レーザ
ードップラ流速計は定点計測であるため、信号の検出が
ごく短時間であるため計測は困難である。
【０００５】このようなことから運動する管内の流体の
流量を容易かつ確実に計測することができる流量計測技
術の開発が望まれている。
流量を容易かつ確実に計測することができる流量計測技
術の開発が望まれている。
【０００６】この発明は上記の如き事情に鑑みてなされ
たものであって、運動する管内の流体の流量を容易かつ
確実に計測することができる流量計測方法を提供するこ
とを目的とするものである。
たものであって、運動する管内の流体の流量を容易かつ
確実に計測することができる流量計測方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の運動する管内の流量計測方法は、運動する管内
の流れを可視化して可視化画像を得て、得られた可視化
画像から固定座標系の流速分布を得て、次に得られた固
定座標系の流速値の典型的な管内流速分布へのフィッテ
ィングカーブを算出し、前記フィッティングカーブを用
いて流量を推定することを特徴としている。
の発明の運動する管内の流量計測方法は、運動する管内
の流れを可視化して可視化画像を得て、得られた可視化
画像から固定座標系の流速分布を得て、次に得られた固
定座標系の流速値の典型的な管内流速分布へのフィッテ
ィングカーブを算出し、前記フィッティングカーブを用
いて流量を推定することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を一実施の
形態を示す図面について説明する。図１にはこの発明の
流量計測方法において使用する流量計測装置１が示され
ている。流量計測装置１は管２内の流体の流量を計測対
象とするものである。管２はガラスやアクリル樹脂など
透光材料で構成される。この管１は運動するもので、こ
の実施形態では管２はモータ３によって回転している。
管２には配管１０を通して計測対象である流体が供給さ
れ、配管１０にタンク４、バルブ５、流量計６、圧力計
７、圧力計８が接続している。流量計測装置１は可視化
用照明装置１１、撮像装置１２、信号変換装置１３、及
びコンピュータ１４を備えている。可視化用照明装置１
１はレーザ光源１５とレーザシートを作り出すシートプ
ローブなどの光照射装置１６を備え、管２を照射するも
のである。撮像装置１２は高速ビデオカメラなどの撮像
装置によって構成され、照射によって可視化された流体
の流れの像を撮像するものである。信号変換装置１３は
撮像装置１２からの信号をＡ／Ｄ変換し、コンピュータ
１４に入力するものである。コンピュータ１４は入力さ
れた信号から従来用いられている流れの可視化解析法に
より流速ベクトルを算出し、得られた流速ベクトルにつ
いて後述する座標変換を行い、更に後述するフィッティ
ングカーブを算出し、得られたフィッティングカーブを
用いて流量を演算する。
形態を示す図面について説明する。図１にはこの発明の
流量計測方法において使用する流量計測装置１が示され
ている。流量計測装置１は管２内の流体の流量を計測対
象とするものである。管２はガラスやアクリル樹脂など
透光材料で構成される。この管１は運動するもので、こ
の実施形態では管２はモータ３によって回転している。
管２には配管１０を通して計測対象である流体が供給さ
れ、配管１０にタンク４、バルブ５、流量計６、圧力計
７、圧力計８が接続している。流量計測装置１は可視化
用照明装置１１、撮像装置１２、信号変換装置１３、及
びコンピュータ１４を備えている。可視化用照明装置１
１はレーザ光源１５とレーザシートを作り出すシートプ
ローブなどの光照射装置１６を備え、管２を照射するも
のである。撮像装置１２は高速ビデオカメラなどの撮像
装置によって構成され、照射によって可視化された流体
の流れの像を撮像するものである。信号変換装置１３は
撮像装置１２からの信号をＡ／Ｄ変換し、コンピュータ
１４に入力するものである。コンピュータ１４は入力さ
れた信号から従来用いられている流れの可視化解析法に
より流速ベクトルを算出し、得られた流速ベクトルにつ
いて後述する座標変換を行い、更に後述するフィッティ
ングカーブを算出し、得られたフィッティングカーブを
用いて流量を演算する。
【０００９】次に、このように構成された流量計測装置
１を用いて運動する管２内の流体の流量を計測する方法
について説明する。ここでは運動する管２の一例として
血液ポンプのウォッシュアウトホール２ａを対象とす
る。即ち、血液ポンプ２１は流入口２２と流出口２３と
を有するハウジング２４を有し、かつハウジング２４内
にインペラ２５を有する。血液は流入口２２から血液ポ
ンプ２１内に入り、インペラ２５の回転によってインペ
ラ２５の外側とハウジング２４の内面との間に形成され
る流路２６を通って流出口２３に達し、そこから送り出
される。この血液ポンプ２１では、インペラ２５の底面
とハウジング２４の底面との間の隙間２７に血液が滞留
するのを防ぐためにインペラ２４に流路２６と隙間２７
とを連通するウォッシュアウトホール２ａを貫通形成し
て、隙間２７における血液の還流を促進させる。このウ
ォッシュアウトホール２ａにおける血液流量が計測の対
象である。
１を用いて運動する管２内の流体の流量を計測する方法
について説明する。ここでは運動する管２の一例として
血液ポンプのウォッシュアウトホール２ａを対象とす
る。即ち、血液ポンプ２１は流入口２２と流出口２３と
を有するハウジング２４を有し、かつハウジング２４内
にインペラ２５を有する。血液は流入口２２から血液ポ
ンプ２１内に入り、インペラ２５の回転によってインペ
ラ２５の外側とハウジング２４の内面との間に形成され
る流路２６を通って流出口２３に達し、そこから送り出
される。この血液ポンプ２１では、インペラ２５の底面
とハウジング２４の底面との間の隙間２７に血液が滞留
するのを防ぐためにインペラ２４に流路２６と隙間２７
とを連通するウォッシュアウトホール２ａを貫通形成し
て、隙間２７における血液の還流を促進させる。このウ
ォッシュアウトホール２ａにおける血液流量が計測の対
象である。
【００１０】まず準備として、血液ポンプ２１をガラス
やアクリル樹脂など透光材料で構成する。そして、血液
ポンプ２１を流れる液体を血液に代えて６４％ＮａＩ水
溶液などの透明の液体からなる模擬流体に代える。この
とき、その模擬流体中に直径０．１５ｍｍ程度のトレー
サ粒子を分散させる。このようなトレーサ粒子としては
ＳｉＯ2 粒子を用いることができる。この状態でインペ
ラ２５を回転させて血液ポンプ２１を運転する。
やアクリル樹脂など透光材料で構成する。そして、血液
ポンプ２１を流れる液体を血液に代えて６４％ＮａＩ水
溶液などの透明の液体からなる模擬流体に代える。この
とき、その模擬流体中に直径０．１５ｍｍ程度のトレー
サ粒子を分散させる。このようなトレーサ粒子としては
ＳｉＯ2 粒子を用いることができる。この状態でインペ
ラ２５を回転させて血液ポンプ２１を運転する。
【００１１】次に、計測操作は４段階からなる。第１段
階は運動する管内流れの可視化である。第２段階は得ら
れた可視化画像から画像処理による流速分布の算出であ
る。第３段階は得られた運動座標系の流速分布の固定座
標系への座標変換である。第４段階は得られた固定座標
系上の流速値の典型的な管内流速分布へのフィッティン
グカーブの算出による流量の推定である。なお第２段階
と第３段階は順不同である。
階は運動する管内流れの可視化である。第２段階は得ら
れた可視化画像から画像処理による流速分布の算出であ
る。第３段階は得られた運動座標系の流速分布の固定座
標系への座標変換である。第４段階は得られた固定座標
系上の流速値の典型的な管内流速分布へのフィッティン
グカーブの算出による流量の推定である。なお第２段階
と第３段階は順不同である。
【００１２】まず、第１段階の運動する管内流れの可視
化の操作として、レーザーシートなどの光照射装置１６
で正面からインペラ２５のウォッシュアウトホール２ａ
を照明する。ウォッシュアウトホール２ａ内の流れには
トレーサ粒子が含まれていて、その反射光を反対側から
撮像装置１２で撮影することによって、ある瞬間の運動
管内の流れの可視化された瞬間画面が得られる（図４参
照）。
化の操作として、レーザーシートなどの光照射装置１６
で正面からインペラ２５のウォッシュアウトホール２ａ
を照明する。ウォッシュアウトホール２ａ内の流れには
トレーサ粒子が含まれていて、その反射光を反対側から
撮像装置１２で撮影することによって、ある瞬間の運動
管内の流れの可視化された瞬間画面が得られる（図４参
照）。
【００１３】次に、第２段階として、得られた可視化画
像の信号を信号変換装置１３で信号変換してコンピュー
タ１４に入力し、画像処理により運動座標系上の流速分
布を算出する（図５ａ参照）。
像の信号を信号変換装置１３で信号変換してコンピュー
タ１４に入力し、画像処理により運動座標系上の流速分
布を算出する（図５ａ参照）。
【００１４】次に、第３段階として、コンピュータ１４
により得られた運動座標系上の流速分布を固定座標系へ
座標変換する（図５ｂ参照）。
により得られた運動座標系上の流速分布を固定座標系へ
座標変換する（図５ｂ参照）。
【００１５】次に、第４段階として、コンピュータ１４
により最小二乗法などの統計処理により得られた固定座
標系上の流速値の典型的な管内流速分布へのフィッティ
ングカーブ（図６参照）を算出し、そのフィッティング
カーブを用いて流量を推定する。
により最小二乗法などの統計処理により得られた固定座
標系上の流速値の典型的な管内流速分布へのフィッティ
ングカーブ（図６参照）を算出し、そのフィッティング
カーブを用いて流量を推定する。
【００１６】
【実験例】アクリル樹脂を材料とした遠心ポンプに作動
流体にアクリル樹脂と屈折率が等しい６４％ＮａＩ水溶
液を使用し、トレーサ粒子に６４％ＮａＩ水溶液と比重
がほぼ等しい粒径０．１５ｍｍのＳｉＯ2 粒子を使用
し、インペラのバランスホールの流路軸に沿ってレーザ
ーシートを照射し、高速ビデオカメラにより流れの可視
化画像を得た。得られた可視化画像から画像解析により
流速値を求め、座標変換により固定座標の流速に変換
し、最小二乗法によりポアゼイユ流れを仮定し、流量を
決定した。その結果、バランスホールにおける設計流量
と決定された流量が良く一致していることが確認され
た。
流体にアクリル樹脂と屈折率が等しい６４％ＮａＩ水溶
液を使用し、トレーサ粒子に６４％ＮａＩ水溶液と比重
がほぼ等しい粒径０．１５ｍｍのＳｉＯ2 粒子を使用
し、インペラのバランスホールの流路軸に沿ってレーザ
ーシートを照射し、高速ビデオカメラにより流れの可視
化画像を得た。得られた可視化画像から画像解析により
流速値を求め、座標変換により固定座標の流速に変換
し、最小二乗法によりポアゼイユ流れを仮定し、流量を
決定した。その結果、バランスホールにおける設計流量
と決定された流量が良く一致していることが確認され
た。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、この発明
の流量計測方法では、運動する管にセンサを取り付ける
必要がなく、信号の伝送が容易であり、また流路内に回
転する羽根車、翼車などを挿入する必要もなく、このよ
うなことから、この発明によれば、運動する管内の流体
の流量を容易かつ確実に計測することができる。
の流量計測方法では、運動する管にセンサを取り付ける
必要がなく、信号の伝送が容易であり、また流路内に回
転する羽根車、翼車などを挿入する必要もなく、このよ
うなことから、この発明によれば、運動する管内の流体
の流量を容易かつ確実に計測することができる。
【図１】流量計測装置の構成説明図。
【図２】血液ポンプの縦断面説明図。
【図３】血液ポンプのインペラーの平面説明図。
【図４】運動する管内の流れの可視化の瞬間画面を示す
図。
図。
【図５】運動する管内の流れを示す説明図。
【図６】流速値に対するカーブフィッティングを示すグ
ラフ。
ラフ。
１ 流量計測装置 ２ 管 ２ａ ウォッシュアウトホール ３ モータ ４ タンク ５ バルブ ６ 流量計 ７ 圧力計 ８ 圧力計 １０ 配管 １１ 可視化照明装置 １２ 撮像装置 １３ 信号変換装置 １４ コンピュータ １５ レーザ光源 １６ 光照射装置 ２１ 血液ポンプ ２２ 流入口 ２３ 流出口 ２４ ハウジング ２５ インペラ ２６ 流路 ２７ 隙間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01F 1/00 G01F 1/708 G01P 5/20 G01P 13/00
Claims (1)
- 【請求項１】 運動する管内の流れを可視化して可視化
画像を得て、得られた可視化画像から固定座標系の流速
分布を得て、次に得られた固定座標系の流速値の典型的
な管内流速分布へのフィッティングカーブを算出し、前
記フィッティングカーブを用いて流量を推定することを
特徴とする運動する管内の流量計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8207716A JP2805043B2 (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 運動する管内の流量計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8207716A JP2805043B2 (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 運動する管内の流量計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038638A JPH1038638A (ja) | 1998-02-13 |
| JP2805043B2 true JP2805043B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=16544379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8207716A Expired - Lifetime JP2805043B2 (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 運動する管内の流量計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2805043B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107703327B (zh) * | 2017-10-30 | 2023-05-09 | 西安工业大学 | 一种测量液体或气体流速的激光测速装置及其使用方法 |
-
1996
- 1996-07-18 JP JP8207716A patent/JP2805043B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1038638A (ja) | 1998-02-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |