JP2960911B2 - 一平面における流れの質量流量分布を検出する方法 - Google Patents
一平面における流れの質量流量分布を検出する方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一平面における流
れの質量流量分布を検出するための方法に関する。流れ
は液状流体によってあるいは特にガス状流体によって形
成可能である。流れの質量流量とは、それぞれの平面を
通る単位面積あたりの流体の流量であると理解される。
れの質量流量分布を検出するための方法に関する。流れ
は液状流体によってあるいは特にガス状流体によって形
成可能である。流れの質量流量とは、それぞれの平面を
通る単位面積あたりの流体の流量であると理解される。
【０００２】
【従来の技術】一平面における流れの質量流量分布を検
出するための公知の方法は、流れ内に挿入され、そこで
質量流量を点で検出する探触子を使用する。平面全体に
わたる質量流量分布を検出するためには、平面内のすべ
ての点を探触子（プローブ）で測定しなければならな
い。これにより、平面全体または平面一部範囲にわたる
質量流量分布を短時間で検出することは不可能である。
更に、流れ内に探触子を挿入すると、流れの不所望な変
化が必ず生じる。
出するための公知の方法は、流れ内に挿入され、そこで
質量流量を点で検出する探触子を使用する。平面全体に
わたる質量流量分布を検出するためには、平面内のすべ
ての点を探触子（プローブ）で測定しなければならな
い。これにより、平面全体または平面一部範囲にわたる
質量流量分布を短時間で検出することは不可能である。
更に、流れ内に探触子を挿入すると、流れの不所望な変
化が必ず生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の根底
をなす問題は、それぞれの平面のあらゆる点で同時にか
つ流れを乱さないで質量流量分布を検出することができ
る、一平面内での流れの質量流量分布を検出するための
方法を提供することである。
をなす問題は、それぞれの平面のあらゆる点で同時にか
つ流れを乱さないで質量流量分布を検出することができ
る、一平面内での流れの質量流量分布を検出するための
方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明に従
い、平面に対して平行にかつ平面の周りに、小さな厚さ
の光切断部を形成し、所定の時間間隔Δｔの間、流れに
よって一緒に運ばれ光切断部を通過する粒子の画像を、
平面に対して垂直に撮影し、画像内の粒子の像の分布を
評価することによって解決される。
い、平面に対して平行にかつ平面の周りに、小さな厚さ
の光切断部を形成し、所定の時間間隔Δｔの間、流れに
よって一緒に運ばれ光切断部を通過する粒子の画像を、
平面に対して垂直に撮影し、画像内の粒子の像の分布を
評価することによって解決される。
【０００５】本発明は、光を散乱する粒子を一緒に運ぶ
流体の流れから出発する。粒子を光切断部内で個別化す
るためには、光切断部において流体と個々の粒子の間に
充分な光コントラストを付与しなければならない。流体
は好ましくは透明である。良好な境界条件は例えば、粉
塵を少し混合した空気の場合に自動的に与えられる。更
に、流れを調べる際には、いわゆる粒子−イメージ−速
度計（ＰＩＶ）の方法に従ってそれぞれの流れの速度を
測定するために、往々にして光を散乱する粒子が人工的
に添加される。本発明による方法の前提は、充分なコン
トラストを有し光を散乱する粒子が流体によって一緒に
運ばれることだけである。粒子の素性は重要ではない。
本発明による方法の場合、流体によって一緒に運ばれる
粒子は、流体の質量流量を象徴している。この場合、粒
子が摩擦なしに流体に追随し、流体内の粒子の濃度が定
められ、その数が一定であること、すなわち粒子が減っ
たり増えたりしないことが前提である。これは流体内で
の粒子の均一な濃度を前提としている。しかし、本発明
による方法の場合に測定される、画像内の粒子の像の分
布と、検出すべき質量流量との間の量的な関係は、流体
内の粒子の濃度が正確に知られているときにのみ与えら
れる。そうであるときには、画像内の粒子の像の局所的
な密度が、平面内の局所的な質量流量に直接的に比例す
る。
流体の流れから出発する。粒子を光切断部内で個別化す
るためには、光切断部において流体と個々の粒子の間に
充分な光コントラストを付与しなければならない。流体
は好ましくは透明である。良好な境界条件は例えば、粉
塵を少し混合した空気の場合に自動的に与えられる。更
に、流れを調べる際には、いわゆる粒子−イメージ−速
度計（ＰＩＶ）の方法に従ってそれぞれの流れの速度を
測定するために、往々にして光を散乱する粒子が人工的
に添加される。本発明による方法の前提は、充分なコン
トラストを有し光を散乱する粒子が流体によって一緒に
運ばれることだけである。粒子の素性は重要ではない。
本発明による方法の場合、流体によって一緒に運ばれる
粒子は、流体の質量流量を象徴している。この場合、粒
子が摩擦なしに流体に追随し、流体内の粒子の濃度が定
められ、その数が一定であること、すなわち粒子が減っ
たり増えたりしないことが前提である。これは流体内で
の粒子の均一な濃度を前提としている。しかし、本発明
による方法の場合に測定される、画像内の粒子の像の分
布と、検出すべき質量流量との間の量的な関係は、流体
内の粒子の濃度が正確に知られているときにのみ与えら
れる。そうであるときには、画像内の粒子の像の局所的
な密度が、平面内の局所的な質量流量に直接的に比例す
る。
【０００６】しかし、流体内の粒子の濃度が知られてお
らずかつ均一でないときにも、本発明による方法で撮影
された画像から、有効的な判定を得ることができる。例
えば、画像内の粒子の像の分布を、前もって撮影した分
布と質的（定性的）に比較することができる。この場
合、粒子の像の局所的な最高密度の明白なずれが生じる
ときには、両画像の撮影の間で流れが変化している。具
体的な用途では、このようにして、流通する管または流
通する導管内に障害物が発生しているかどうかを検査す
ることができる。
らずかつ均一でないときにも、本発明による方法で撮影
された画像から、有効的な判定を得ることができる。例
えば、画像内の粒子の像の分布を、前もって撮影した分
布と質的（定性的）に比較することができる。この場
合、粒子の像の局所的な最高密度の明白なずれが生じる
ときには、両画像の撮影の間で流れが変化している。具
体的な用途では、このようにして、流通する管または流
通する導管内に障害物が発生しているかどうかを検査す
ることができる。
【０００７】理想的には、粒子の分布が所定の質量流量
に一致する像の所定の密度と量的に匹敵し得ることが、
本発明を実施するための前提である。そのためには、流
体内の粒子の絶対的な濃度が既知である必要はない。度
量衡器検定のように、質量流量探触子による測定によっ
て、粒子の像の所定の密度を所定の質量流量に対応させ
ることができる。これから、平面の他の点の質量流量が
簡単な方法で算出可能である。
に一致する像の所定の密度と量的に匹敵し得ることが、
本発明を実施するための前提である。そのためには、流
体内の粒子の絶対的な濃度が既知である必要はない。度
量衡器検定のように、質量流量探触子による測定によっ
て、粒子の像の所定の密度を所定の質量流量に対応させ
ることができる。これから、平面の他の点の質量流量が
簡単な方法で算出可能である。
【０００８】粒子の像の所定の密度は、流れの横断面全
体を捉える粒子の画像から検出可能である。流れの既知
の全体流量と、横断面の寸法とから、一方では平均質量
流量が算出可能であり、他方では粒子の像の平均密度が
この平均質量流量に正確に一致する。大きな密度は大き
な質量流量に一致し、小さな密度は小さな質量流量に一
致する。
体を捉える粒子の画像から検出可能である。流れの既知
の全体流量と、横断面の寸法とから、一方では平均質量
流量が算出可能であり、他方では粒子の像の平均密度が
この平均質量流量に正確に一致する。大きな密度は大き
な質量流量に一致し、小さな密度は小さな質量流量に一
致する。
【０００９】所定の密度は同じ個所で測定可能である。
この個所では、本来の質量流量の検出時に測定も行われ
る。しかし往々にして、所定の密度の測定のために、チ
ェック平面を設けることが望ましい。このチェック平面
内で、流れの横断面全体を非常に容易に検出可能であ
る。その際、本来の平面内では、流れの横断面全体を検
出する必要がない。これは、多くの試験条件下で、１つ
の光切断部では概して不可能である。
この個所では、本来の質量流量の検出時に測定も行われ
る。しかし往々にして、所定の密度の測定のために、チ
ェック平面を設けることが望ましい。このチェック平面
内で、流れの横断面全体を非常に容易に検出可能であ
る。その際、本来の平面内では、流れの横断面全体を検
出する必要がない。これは、多くの試験条件下で、１つ
の光切断部では概して不可能である。
【００１０】チェック平面は好ましくは本来の平面の上
流に設けられている。この場合、チェック平面と本来の
平面との間で流れを分岐させてもよい。これは、本来の
平面の周りの光切断部を通過する粒子の検出の評価に悪
影響を与えることなく可能である。本発明による方法の
結果は光切断部の範囲において生じる逆流によってエラ
ーを生じる得る。この逆流によって、光切断部を通過す
る粒子の絶対的な数が増大する。しかし、この増大は大
きな質量流量を生じない。なぜなら、光切断部を反対方
向に通過する２つの粒子が質量流量を実質的に高めない
からである。従って、逆流を考慮しなければならないと
きには、流れ方向において相前後して設けられた２つの
平面内で、本発明による方法に従って質量流量分布を検
出することが効果的である。その際、強い逆流の範囲
は、第２の平面と比較して、その都度の光切断部におい
て過剰に大きな見かけの質量流量または粒子の像の過剰
に大きな密度となる。
流に設けられている。この場合、チェック平面と本来の
平面との間で流れを分岐させてもよい。これは、本来の
平面の周りの光切断部を通過する粒子の検出の評価に悪
影響を与えることなく可能である。本発明による方法の
結果は光切断部の範囲において生じる逆流によってエラ
ーを生じる得る。この逆流によって、光切断部を通過す
る粒子の絶対的な数が増大する。しかし、この増大は大
きな質量流量を生じない。なぜなら、光切断部を反対方
向に通過する２つの粒子が質量流量を実質的に高めない
からである。従って、逆流を考慮しなければならないと
きには、流れ方向において相前後して設けられた２つの
平面内で、本発明による方法に従って質量流量分布を検
出することが効果的である。その際、強い逆流の範囲
は、第２の平面と比較して、その都度の光切断部におい
て過剰に大きな見かけの質量流量または粒子の像の過剰
に大きな密度となる。
【００１１】光切断部において１回露光した粒子の画像
のほかに、光切断部において２回露光した粒子の画像を
撮影することもできる。それによって、ＰＩＶ方法に従
って平面内で流速を測定することができる。このような
ＰＩＶ方法は公知である。本発明と関連して、変形した
ＰＩＶ方法を使用可能である。この場合、粒子は互いに
平行に配置し一部だけが重なった２つの光切断部で順々
に露光される。これにより、個々の光切断部の平面に対
して垂直に流速を検出することができる。
のほかに、光切断部において２回露光した粒子の画像を
撮影することもできる。それによって、ＰＩＶ方法に従
って平面内で流速を測定することができる。このような
ＰＩＶ方法は公知である。本発明と関連して、変形した
ＰＩＶ方法を使用可能である。この場合、粒子は互いに
平行に配置し一部だけが重なった２つの光切断部で順々
に露光される。これにより、個々の光切断部の平面に対
して垂直に流速を検出することができる。
【００１２】粒子は勿論、既に述べたように、流れ内に
存在する粒子とすることができる。しかし、粒子を流れ
に人工的に添加してもよい。その際、所定の濃度で粒子
を流れに添加することが重要である。この濃度によっ
て、結像された粒子の所定の密度を所定の質量流量に換
算することができる。次に、演算例に基づいてこれを明
らかにする。
存在する粒子とすることができる。しかし、粒子を流れ
に人工的に添加してもよい。その際、所定の濃度で粒子
を流れに添加することが重要である。この濃度によっ
て、結像された粒子の所定の密度を所定の質量流量に換
算することができる。次に、演算例に基づいてこれを明
らかにする。
【００１３】結像した粒子の数Ｎは次の式（Ｉ）から正
確に生じる。 Ｎ＝（Ａ×ｄ＋Ａ×ｖ×ｔ）×Ｋ×ｒ ここで、Ａは光切断部の検出された面積、すなわち通過
する質量流量を検出すべき平面の面積である。ｄは光切
断部の厚さ、ｖは粒子の速度、ｔは撮影の露光時間、Ｋ
は流体キログラムあたりの粒子の濃度、ｒは流体の密度
である。被加数Ａ×ｄが被加数ｖ×ｔ×Ａよりも非常に
小さいと仮定すると、上記の式は次式（ＩＩ）に簡単化
される。
確に生じる。 Ｎ＝（Ａ×ｄ＋Ａ×ｖ×ｔ）×Ｋ×ｒ ここで、Ａは光切断部の検出された面積、すなわち通過
する質量流量を検出すべき平面の面積である。ｄは光切
断部の厚さ、ｖは粒子の速度、ｔは撮影の露光時間、Ｋ
は流体キログラムあたりの粒子の濃度、ｒは流体の密度
である。被加数Ａ×ｄが被加数ｖ×ｔ×Ａよりも非常に
小さいと仮定すると、上記の式は次式（ＩＩ）に簡単化
される。
【００１４】Ｎ＝ｖ×ｔ×Ａ×Ｋ×ｒ 従って、単位Ｋｇ／ｍ2 ・秒の流量ｒ×ｖは次式（ＩＩ
Ｉ）から生じる。 ｒ×ｖ＝Ｎ／Ａ×ｌ／（ｔ×Ｋ） Ｎ／Ａは平面の面積に関連する結像された粒子の密度で
ある。面積の結像の際の拡大または縮小を考慮する拡大
係数または縮小係数ｆは、面積Ａの代わりに、粒子の画
像内の面積ａの使用を可能にする。従って、次式（Ｉ
Ｖ）が当てはまる。
Ｉ）から生じる。 ｒ×ｖ＝Ｎ／Ａ×ｌ／（ｔ×Ｋ） Ｎ／Ａは平面の面積に関連する結像された粒子の密度で
ある。面積の結像の際の拡大または縮小を考慮する拡大
係数または縮小係数ｆは、面積Ａの代わりに、粒子の画
像内の面積ａの使用を可能にする。従って、次式（Ｉ
Ｖ）が当てはまる。
【００１５】ｒ×ｖ＝Ｎ／ａ×ｆ／（ｔ×Ｋ） このうち、Ｎ／ａは粒子の画像から容易に測定可能であ
る。ｆ／（ｔ×Ｋ）は既知の量から検出可能な定数であ
る。これらを用いて、質量流量ｒ×ｖを問題なく演算す
ることができる。速度ｖが既知である場合、質量流量か
ら密度が判り、また温度が一定であるときには流体の圧
力が判り、密度が既知であるときには流体の速度が判
る。
る。ｆ／（ｔ×Ｋ）は既知の量から検出可能な定数であ
る。これらを用いて、質量流量ｒ×ｖを問題なく演算す
ることができる。速度ｖが既知である場合、質量流量か
ら密度が判り、また温度が一定であるときには流体の圧
力が判り、密度が既知であるときには流体の速度が判
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、実施の形態に基づいて本発
明を詳しく説明する。図１には管１が示してある。この
管内を矢印２の方向に流体３が流れる。この流体はガス
でもよい。流体３は粒子４を一緒に運ぶ。この粒子は管
１の窓１６の範囲において光切断部５を通過し、その際
照らされる。光切断部５は光源６によって照射される。
この光源は好ましくはレーザーであり、光源の後に円柱
レンズ１５として示した光学系が配置されている。光切
断部５は流れの横断面全体にわたって延び、幾何学的な
一平面８の周りに無視できる厚さ７を有する。光切断部
５を通過する粒子４は、図１に示すように、管１の光切
断部５の下流側に位置する結像レンズ９により、このレ
ンズ９の位置よりもさらに下流側に位置するフレームグ
ラバ１１の上面に位置するイメージセンサ１０上に結像
する。この場合、イメージセンサはＣＣＤセンサとする
ことができる。イメージセンサ１０によって、光切断部
を通過する粒子４の画像が時間ｔに関連して撮影され
る。特に光源６がパルスレーザーであるときには、光源
６によってあるいはイメージセンサ１０を制御すること
によって、露光時間ｔを決定することができる。イメー
ジセンサ１０の画像はフレームグラバ１１によってデジ
タル化され、そしてデジタル式の評価ユニット１２に供
給される。評価ユニット１２は画像内の粒子の像の局所
的密度から、平面５を通る局所的な質量流量を算定す
る。局所的な質量流量を量的に算定できるようにするた
めには、流体３内の粒子４の濃度Ｋが知られていなけれ
ばならないかあるいは少なくとも流体３の全体質量流
量、すなわち管１を通る流体の流量が知られ、流体３内
の粒子の濃度Ｋが均一でなければならない。
明を詳しく説明する。図１には管１が示してある。この
管内を矢印２の方向に流体３が流れる。この流体はガス
でもよい。流体３は粒子４を一緒に運ぶ。この粒子は管
１の窓１６の範囲において光切断部５を通過し、その際
照らされる。光切断部５は光源６によって照射される。
この光源は好ましくはレーザーであり、光源の後に円柱
レンズ１５として示した光学系が配置されている。光切
断部５は流れの横断面全体にわたって延び、幾何学的な
一平面８の周りに無視できる厚さ７を有する。光切断部
５を通過する粒子４は、図１に示すように、管１の光切
断部５の下流側に位置する結像レンズ９により、このレ
ンズ９の位置よりもさらに下流側に位置するフレームグ
ラバ１１の上面に位置するイメージセンサ１０上に結像
する。この場合、イメージセンサはＣＣＤセンサとする
ことができる。イメージセンサ１０によって、光切断部
を通過する粒子４の画像が時間ｔに関連して撮影され
る。特に光源６がパルスレーザーであるときには、光源
６によってあるいはイメージセンサ１０を制御すること
によって、露光時間ｔを決定することができる。イメー
ジセンサ１０の画像はフレームグラバ１１によってデジ
タル化され、そしてデジタル式の評価ユニット１２に供
給される。評価ユニット１２は画像内の粒子の像の局所
的密度から、平面５を通る局所的な質量流量を算定す
る。局所的な質量流量を量的に算定できるようにするた
めには、流体３内の粒子４の濃度Ｋが知られていなけれ
ばならないかあるいは少なくとも流体３の全体質量流
量、すなわち管１を通る流体の流量が知られ、流体３内
の粒子の濃度Ｋが均一でなければならない。
【００１７】しかし、これらの値を知らなくても、光切
断部５を通過する粒子４の画像の質的な評価を効果的に
行うことができる。図２のａは、図１の方法を実施する
際に、流体が層流状に流通する正方形の管１の出口で撮
影される画像を例示している。粒子３の像は管の空いた
中央に集中している。この中央では、流体は管１の壁と
の摩擦によって制動されない。これに対して、図２のｂ
は、同じ管１内での強い乱流状の流通の場合を示してい
る。ここで、粒子４の像の濃さはほとんど均一である。
なぜなら、流体３の乱流形成によって、管１の横断面に
わたって質量流量の分布が均一化されないからである。
図２のｃは更に、管の層流状の流通の場合を示してい
る。ここで、粒子４の像は上側半部に集中している。な
ぜなら、管１の下側半部に、流体３が流通不可能な障害
物があるからである。このような障害物は、管１の自由
端から直接見えないときでも、管１の横断面における質
量流量の分布に基づいて確かめることができる。勿論、
図２のｃに示した粒子４の像の密度分布は、管の下側範
囲において障害物が管１の自由端のすぐ手前にあるとき
にのみ発生する。障害物が粒子の一部を押しとどめる場
合、障害物のもっと後ろでは、粒子の絶対的な数の減少
が認められる。
断部５を通過する粒子４の画像の質的な評価を効果的に
行うことができる。図２のａは、図１の方法を実施する
際に、流体が層流状に流通する正方形の管１の出口で撮
影される画像を例示している。粒子３の像は管の空いた
中央に集中している。この中央では、流体は管１の壁と
の摩擦によって制動されない。これに対して、図２のｂ
は、同じ管１内での強い乱流状の流通の場合を示してい
る。ここで、粒子４の像の濃さはほとんど均一である。
なぜなら、流体３の乱流形成によって、管１の横断面に
わたって質量流量の分布が均一化されないからである。
図２のｃは更に、管の層流状の流通の場合を示してい
る。ここで、粒子４の像は上側半部に集中している。な
ぜなら、管１の下側半部に、流体３が流通不可能な障害
物があるからである。このような障害物は、管１の自由
端から直接見えないときでも、管１の横断面における質
量流量の分布に基づいて確かめることができる。勿論、
図２のｃに示した粒子４の像の密度分布は、管の下側範
囲において障害物が管１の自由端のすぐ手前にあるとき
にのみ発生する。障害物が粒子の一部を押しとどめる場
合、障害物のもっと後ろでは、粒子の絶対的な数の減少
が認められる。
【００１８】光切断部５を通過する粒子４の結像は、平
面８に対して垂直に行う必要はない。角度をなして結像
する場合には、特に質量流量を量的に評価するときに、
それによって生じるゆがみを考慮すべきである。図３
は、本発明による方法の他の実施の形態のための構造を
示している。この場合、管１の端部で光切断部５を通過
する粒子４が結像されるだけではない。管１の入口の手
前においてチェック平面８′の周りに第２の光切断部
５′を照射するための第２の光源６′が設けられてい
る。それによって、矢印２′方向に管１に入る流れがそ
の横断面全体にわたって、結像レンズ９′とイメージセ
ンサ１０′によって検出される。これに対して、図３に
示すように、管１の光切断部５よりも下流側に位置する
結像レンズ９は、さらに下流側に位置するフレームグラ
バ１１の上面に位置するイメージセンサ１０と共に、管
１の端部から出る流れの一部範囲だけを検出する。それ
にもかかわらず、チェック平面８′で得られた情報は、
管１に入る質量流量のどの部分が結像レンズ９によって
検出される平面８の範囲を通過するかという量的な判定
を可能にする。これは特に、流れ内に設けられ流れが周
りを通過する物体１４によって、流れの横断面全体にわ
たる、光切断部５による流れの検出が妨害されるので重
要である。
面８に対して垂直に行う必要はない。角度をなして結像
する場合には、特に質量流量を量的に評価するときに、
それによって生じるゆがみを考慮すべきである。図３
は、本発明による方法の他の実施の形態のための構造を
示している。この場合、管１の端部で光切断部５を通過
する粒子４が結像されるだけではない。管１の入口の手
前においてチェック平面８′の周りに第２の光切断部
５′を照射するための第２の光源６′が設けられてい
る。それによって、矢印２′方向に管１に入る流れがそ
の横断面全体にわたって、結像レンズ９′とイメージセ
ンサ１０′によって検出される。これに対して、図３に
示すように、管１の光切断部５よりも下流側に位置する
結像レンズ９は、さらに下流側に位置するフレームグラ
バ１１の上面に位置するイメージセンサ１０と共に、管
１の端部から出る流れの一部範囲だけを検出する。それ
にもかかわらず、チェック平面８′で得られた情報は、
管１に入る質量流量のどの部分が結像レンズ９によって
検出される平面８の範囲を通過するかという量的な判定
を可能にする。これは特に、流れ内に設けられ流れが周
りを通過する物体１４によって、流れの横断面全体にわ
たる、光切断部５による流れの検出が妨害されるので重
要である。
【００１９】図４に示した方法の実施の形態は更に、例
としての流通する管に関する。ここではしかし、管から
出た後すぐに逆流が発生することが、矢印２によって示
されている。矢印２によって示した流れは必ずしも実際
的であるというわけではない。しかし、この流れは根本
的な問題を明確にする。矢印２によって移動軌道を示す
粒子は、平面８周りの光切断部５を３回通過する。
としての流通する管に関する。ここではしかし、管から
出た後すぐに逆流が発生することが、矢印２によって示
されている。矢印２によって示した流れは必ずしも実際
的であるというわけではない。しかし、この流れは根本
的な問題を明確にする。矢印２によって移動軌道を示す
粒子は、平面８周りの光切断部５を３回通過する。
【００２０】これは、本発明の方法の場合、平面８を通
る全体の質量流量が、実際の流量の３倍になることを暗
示している。これは、このような逆流に関係しない平行
な平面８″で、方法を付加的に実施することによって認
められる。平面８，８″を通過する粒子を結像するため
に、管１の光切断部５″よりも下流側に１個の結像レン
ズ９を設け、そして、対応する画像を撮るために、この
レンズ９よりもさらに下流側に位置するフレームグラバ
１１の上面に１個のイメージセンサ１０を設けることが
できる。勿論、両光切断部５，５″の画像を分離するこ
とができる。例えば、この目的のために、光切断部５，
５″を交互に照射することができる。図４において、管
１の入口にはエアロゾル発生器１３が示されている。こ
のエアロゾル発生器は正確に定めた濃度Ｋで粒子４を、
流入する流体３に混合する。この既知の濃度は、所定の
大きさの質量流量内の粒子４の像の密度を量的に評価す
ることを可能にする。
る全体の質量流量が、実際の流量の３倍になることを暗
示している。これは、このような逆流に関係しない平行
な平面８″で、方法を付加的に実施することによって認
められる。平面８，８″を通過する粒子を結像するため
に、管１の光切断部５″よりも下流側に１個の結像レン
ズ９を設け、そして、対応する画像を撮るために、この
レンズ９よりもさらに下流側に位置するフレームグラバ
１１の上面に１個のイメージセンサ１０を設けることが
できる。勿論、両光切断部５，５″の画像を分離するこ
とができる。例えば、この目的のために、光切断部５，
５″を交互に照射することができる。図４において、管
１の入口にはエアロゾル発生器１３が示されている。こ
のエアロゾル発生器は正確に定めた濃度Ｋで粒子４を、
流入する流体３に混合する。この既知の濃度は、所定の
大きさの質量流量内の粒子４の像の密度を量的に評価す
ることを可能にする。
【００２１】本方法のために必要な装置は、それぞれの
光切断部５内で粒子速度を測定するための公知のＰＩＶ
方法の実施も可能にする。しかし、従来のＰＩＶ方法は
それぞれの光切断部の平面内での粒子の速度成分だけを
検出する。図示の実施の形態では、光切断部は矢印２で
示す流れの主移動方向に対して垂直に配置されている。
しかし、本方法は、流れに対して角度をなして延びる光
切断部の場合にも実施可能である。量的な評価は、通過
する粒子のための光切断部の有効厚さが、それぞれの画
像の露光時間ｔの間に個々の粒子が進む距離よりもはる
かに短いときに可能である。これは、ＰＩＶ方法にとっ
ては勿論、比較的に不所望な境界条件である。
光切断部５内で粒子速度を測定するための公知のＰＩＶ
方法の実施も可能にする。しかし、従来のＰＩＶ方法は
それぞれの光切断部の平面内での粒子の速度成分だけを
検出する。図示の実施の形態では、光切断部は矢印２で
示す流れの主移動方向に対して垂直に配置されている。
しかし、本方法は、流れに対して角度をなして延びる光
切断部の場合にも実施可能である。量的な評価は、通過
する粒子のための光切断部の有効厚さが、それぞれの画
像の露光時間ｔの間に個々の粒子が進む距離よりもはる
かに短いときに可能である。これは、ＰＩＶ方法にとっ
ては勿論、比較的に不所望な境界条件である。
【図１】方法の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】この方法で得られる、質量流量を測定するため
のいろいろな像を示す概略図である。
のいろいろな像を示す概略図である。
【図３】方法の第２の実施の形態を示す図である。
【図４】方法の第３の実施の形態を示す図である。
１ 管 ２ 矢印 ３ 流体 ４ 粒子 ５ 光切断部 ６ 光源 ７ 厚さ ８ 平面 ９ 結像レンズ １０ イメージセンサ １１ フレームグラバ １２ 評価装置 １３ エアロゾル発生器 １４ 物体 １５ 円柱レンズ １６ 窓
───────────────────────────────────────────────────── 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 G01F 1/74 G01P 13/00
Claims (10)
- 【請求項１】 小さな厚さ（７）の光切断部（５）が平
面（８）に対して平行にかつ平面の周りに形成され、所
定の時間間隔Δｔの間に、流れよって一緒に運ばれ光切
断部（５）を通過する粒子（４）の画像が平面（８）に
対して垂直に撮影され、画像内での粒子（４）の像の分
布が評価されることを特徴とする、一平面における流れ
の質量流量分布を検出するための方法。 - 【請求項２】 画像内の粒子（４）の像の局所的な密度
が、平面（８）を通る局所的な質量流量のための度合い
として使用されることを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】 画像内の粒子（４）の像の分布が、その
前に撮影した分布と質的に比較されることを特徴とする
請求項１または２記載の方法。 - 【請求項４】 粒子（４）の分布が、所定の質量流量に
対応する粒子の像の所定の密度と量的に比較されること
を特徴とする請求項１または２記載の方法。 - 【請求項５】 所定の密度が、流れの横断面全体を捉え
る粒子（４）の画像から検出されることを特徴とする請
求項４記載の方法。 - 【請求項６】 チェック平面（８′）にわたって質量流
量分布を付加的に検出する際に、所定の密度が検出され
ることを特徴とする請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 チェック平面（８′）が平面（８）の上
流に配置されていることを特徴とする請求項６記載の方
法。 - 【請求項８】 質量流量分布が流れ方向において相前後
して設けられた２つの平面（８，８″）内で検出される
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の
方法。 - 【請求項９】 光切断部（５）内で１回露光して粒子
（４）を撮影した画像のほかに、ＰＩＶ方法に従って平
面内で流速を測定するために、光切断部内で２回露光し
て粒子の画像を撮影することを特徴とする請求項１〜８
のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１０】 粒子（４）が所定の濃度で流れに添加
されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに
記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19702849A DE19702849C2 (de) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | Verfahren zum Erfassen der Massenstromverteilung einer Strömung über eine Ebene |
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| CH00817/98A CH691140A5 (de) | 1997-01-27 | 1998-04-06 | Verfahren zum Erfassen der Massenstromverteilung einer Strömung in einer die Strömung querenden Ebene. |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2960911B2 true JP2960911B2 (ja) | 1999-10-12 |
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ID=25685785
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| JP10012890A Expired - Fee Related JP2960911B2 (ja) | 1997-01-27 | 1998-01-26 | 一平面における流れの質量流量分布を検出する方法 |
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| JP (1) | JP2960911B2 (ja) |
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| DE (1) | DE19702849C2 (ja) |
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| US6603535B1 (en) | 2002-08-30 | 2003-08-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Stereo imaging velocimetry system and method |
| EP1686357B1 (en) * | 2005-01-31 | 2008-07-23 | Maillefer S.A. | Device for measuring a mass flow rate of a particulate material |
| GB0503184D0 (en) * | 2005-02-16 | 2005-03-23 | Greenbank Terotech Ltd | A method and a device for generating data relating to particles in a particulate material |
| US8610097B2 (en) * | 2006-09-25 | 2013-12-17 | Basf Se | Method for the continuous production of water-absorbent polymer particles |
| US7738084B1 (en) | 2006-09-29 | 2010-06-15 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Fiber optic liquid mass flow sensor and method |
| US7998115B2 (en) * | 2007-02-15 | 2011-08-16 | Baxter International Inc. | Dialysis system having optical flowrate detection |
| US7663754B2 (en) * | 2007-10-12 | 2010-02-16 | Interactive Flow Studies Llc | Fluid flow visualization and analysis |
| US7880883B2 (en) | 2007-10-12 | 2011-02-01 | Interactive Flow Studies Corporation | Fluid flow computation, visualization, and analysis |
| WO2012124062A1 (ja) * | 2011-03-15 | 2012-09-20 | トヨタ自動車株式会社 | 流量計測装置 |
| DE102012218217A1 (de) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Bestimmung des Kohlemassenflusses in Staubleitungen in Kohlekraftwerken mittels Bildverarbeitung |
| TW201500735A (zh) * | 2013-06-18 | 2015-01-01 | Nat Applied Res Laboratories | 行動式影像流速辨識之方法及其裝置 |
| CN104360101B (zh) * | 2014-10-24 | 2017-05-03 | 河海大学 | 流速流向自动测量仪及其测量方法 |
| US9718562B1 (en) | 2016-01-29 | 2017-08-01 | General Electric Company | System and method of evaluating the effect of dust on aircraft engines |
| US10099804B2 (en) | 2016-06-16 | 2018-10-16 | General Electric Company | Environmental impact assessment system |
| BE1023800B1 (fr) * | 2016-06-24 | 2017-07-26 | Occhio | Dispositif optique de mesure d'une charge en particules d'un echantillon |
| KR20230017168A (ko) * | 2020-04-06 | 2023-02-03 | 플로우릿 리미티드 | 유동 파라미터들의 광학적 측정 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4228353A (en) * | 1978-05-02 | 1980-10-14 | Johnson Steven A | Multiple-phase flowmeter and materials analysis apparatus and method |
| US4729109A (en) * | 1985-05-29 | 1988-03-01 | University Of Illinois | Method and apparatus for measuring the displacements of particle images for multiple exposure velocimetry |
| US4988191A (en) * | 1987-03-09 | 1991-01-29 | University Of Illinois | Electro-optical method and system for determining the direction of motion in double-exposure velocimetry by shifting an optical image field |
| US4885473A (en) * | 1988-04-29 | 1989-12-05 | Shofner Engineering Associates, Inc. | Method and apparatus for detecting particles in a fluid using a scanning beam |
| JPH0356826A (ja) * | 1989-07-25 | 1991-03-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 流速測定法 |
| FR2667689B1 (fr) * | 1990-10-04 | 1994-08-05 | Saint Gobain Isover | Mesure du debit d'un filet de materiau fondu. |
| US5170438A (en) * | 1991-03-22 | 1992-12-08 | Graham Fiber Glass Limited | Method and apparatus for determining the flow rate of a viscous fluid stream |
| US5231463A (en) * | 1991-11-20 | 1993-07-27 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Method for on-line fiber flow measurement |
| DE4200300C2 (de) * | 1992-01-09 | 1995-02-23 | Walter Dewald | Personenkraftwagen mit Flügeldach |
| DE4200309A1 (de) * | 1992-01-09 | 1993-07-15 | Gerhard Arnold Dr Seiler | Vorrichtung und verfahren zur ermittlung der stroemung eines stroemungsmediums |
| US5396333A (en) * | 1992-05-21 | 1995-03-07 | General Electric Company | Device and method for observing and analyzing a stream of material |
| DE4313682C2 (de) * | 1993-04-22 | 1996-06-13 | Wolfgang Dipl Ing Frey | Verfahren zur visuellen Bestimmung und Messung des Abflusses von langsam und mit freiem Spiegel fließenden Flüssigkeiten unter Verwendung von Luftblasen als Meßmedium und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
| DE4409472A1 (de) * | 1994-03-19 | 1995-09-21 | Abb Research Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung von Doppelbelichtungsaufnahmen |
| US5701172A (en) * | 1995-06-07 | 1997-12-23 | Gas Research Institute | Optical flowmeter |
-
1997
- 1997-01-27 DE DE19702849A patent/DE19702849C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-12-05 US US08/985,942 patent/US6013921A/en not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-01-26 JP JP10012890A patent/JP2960911B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-06 CH CH00817/98A patent/CH691140A5/de not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10311748A (ja) | 1998-11-24 |
| DE19702849C2 (de) | 2000-05-18 |
| DE19702849A1 (de) | 1998-07-30 |
| CH691140A5 (de) | 2001-04-30 |
| US6013921A (en) | 2000-01-11 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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