JP2981225B1 - Compressible fluid visualization method, visualization device and axis alignment device used therefor - Google Patents

Compressible fluid visualization method, visualization device and axis alignment device used therefor

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JP2981225B1
JP2981225B1 JP35301898A JP35301898A JP2981225B1 JP 2981225 B1 JP2981225 B1 JP 2981225B1 JP 35301898 A JP35301898 A JP 35301898A JP 35301898 A JP35301898 A JP 35301898A JP 2981225 B1 JP2981225 B1 JP 2981225B1
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Abstract

【要約】 【課題】 低圧下における圧縮性流体現象を二次元色分
解カラーシュリーレン法を用いて可視化することを目的
とする。 【解決手段】 第1シュリーレンミラー24の光源側焦
点に3色の扇形カラーマスク22を円環状をなすように
配置し、光源から出射し、カラーマスクを通って第1シ
ュリーレンミラーで反射された平行光が入射される第2
シュリーレンミラー25の焦点位置にピンホール26を
配置して前記3色のうちの1色の光がピンホール26を
通過するように各光学要素を軸合わせ調整し、第1及び
第2シュリーレンミラー間の光路中に置かれた低圧の圧
縮性流体の密度変化に応じて生ずる前記ピンホールを通
過する光の色の変化を撮影するようにしたものである。
An object of the present invention is to visualize a compressible fluid phenomenon under a low pressure by using a two-dimensional color separation color schlieren method. SOLUTION: A fan-shaped color mask 22 of three colors is arranged in an annular shape at a light source side focal point of a first Schlieren mirror 24, emitted from a light source, and passed through the color mask and reflected by a first Schlieren mirror. The second where light is incident
A pinhole 26 is arranged at the focal position of the schlieren mirror 25, and the axes of the optical elements are adjusted so that one of the three colors passes through the pinhole 26. The change in the color of light passing through the pinhole caused by the change in the density of the low-pressure compressible fluid placed in the optical path is photographed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は大気圧以下の低全圧
下で発生する圧縮性流体現象を光学的手法を用いて可視
化する際に、二次元色分解カラーシュリーレン法とそれ
に用いる光学部品を精密に配置する調整器を併用するこ
とで、圧縮性流体現象のうち、特に密度変化を明確に可
視化する手法に関するものである。本発明による低全圧
下における圧縮性流体現象の明確な可視化は、航空宇宙
分野、特に惑星間空間における飛翔体の推進域の性能評
価や、分子法、レーザウラン濃縮といった同位体分離法
における超音速冷却器の性能評価に利用可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-dimensional color separation color schlieren method and an optical component used for visualizing a compressible fluid phenomenon generated under a low total pressure below the atmospheric pressure using an optical method. The present invention relates to a method of clearly visualizing a change in density among compressible fluid phenomena by using an adjuster arranged in the same manner. The clear visualization of compressible fluid phenomena under low total pressure according to the present invention can be used to evaluate the performance of the propulsion area of a projectile in the aerospace field, especially interplanetary space, and the supersonic velocity in the isotope separation method such as molecular method and laser uranium enrichment. It can be used to evaluate the performance of coolers.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】レーザ
を用いた同位体分離では、一般に作業物質を低温に冷却
した状態で得られる物質固有の吸収波長の同位体シフト
が利用されている。作業物質を冷却する手法として、気
体状態の作業物質を先細・末広ノズルの形状を取り入れ
たノズル部に流通させることで起こる断熱膨張を利用す
る。ここで、ノズル部で作業物質を断熱膨張させる過程
において、流れの速度は超音速となるため、ノズル部内
壁の屈曲部から斜め衝撃波等の超音速流特有の現象が発
生する。一般に、衝撃波下流の気体温度は発生する衝撃
波の種類やその強さにもよるが急激に上昇する。作業物
質の温度の上昇は、吸収波長の同位体シフトの判別を著
しく困難にし、同位体分離効率を低下させる。衝撃波の
発生はノズル部の形状および流通する気体の速度(マッ
ハ数)に依存している。ここで、流通させる気体のマッ
ハ数は目的とする冷却温度により流体力学の原理から、
一意に決定されるため、衝撃波発生の抑制には、ノズル
部を衝撃波発生が抑制されるような形状にいかに設計す
るかが重要となる。従って、設計による衝撃波抑制の効
果がどの程度であるかを客観的に把握するため、衝撃波
の発生状態を詳細に可視化する技術も重要となる。
2. Description of the Related Art Isotope separation using a laser generally utilizes the isotope shift of an absorption wavelength inherent in a substance obtained when a working substance is cooled to a low temperature. As a method of cooling the working material, adiabatic expansion caused by flowing the working material in a gaseous state through a nozzle portion having a tapered / divergent nozzle shape is used. Here, in the process of adiabatic expansion of the working material in the nozzle portion, the flow speed becomes supersonic, so that a phenomenon peculiar to the supersonic flow such as an oblique shock wave occurs from the bent portion of the inner wall of the nozzle portion. In general, the gas temperature downstream of a shock wave rises sharply depending on the type and intensity of the generated shock wave. Increasing the temperature of the working material makes it extremely difficult to determine the isotope shift of the absorption wavelength and reduces the isotope separation efficiency. The generation of the shock wave depends on the shape of the nozzle portion and the velocity of the flowing gas (Mach number). Here, the Mach number of the gas to be circulated depends on the desired cooling temperature from the principle of fluid dynamics,
Since it is uniquely determined, how to design the nozzle portion into a shape that suppresses the generation of shock waves is important for suppressing the generation of shock waves. Therefore, in order to objectively grasp the effect of the shock wave suppression by the design, a technique of visualizing the generation state of the shock wave in detail is also important.

【0003】ところで、従来から圧縮性流体現象を光学
的に可視化する技術は様々な手法が存在し、二次元色分
解カラーシュリーレン法も知られている。しかし、この
手法により可視化される圧縮性流体現象は、主たる対象
が高エンタルピー(高速、高温)流れにおける現象の測
定であり、大気圧以下の低圧下条件におけるものではな
かった。レーザを用いた同位体分離法、特に放射性同位
体を利用したものでは、法規性等により作業物質を流通
させる圧力条件が低圧(大気圧以下)に制限されてい
る。しかし、二次元色分解カラーシュリーレン法を含む
多くの光学的可視化法においては、その可視化原理を測
定対象の密度変化の絶対量においているため、発生する
密度変化が微小と考えられる低圧条件では、良好な可視
化像を得ることが困難と考えられていた。
[0003] Conventionally, there are various techniques for optically visualizing a compressible fluid phenomenon, and a two-dimensional color separation color Schlieren method is also known. However, compressible fluid phenomena visualized by this method mainly measure phenomena in high enthalpy (high-speed, high-temperature) flows, not under low-pressure conditions below atmospheric pressure. In an isotope separation method using a laser, particularly in a method using a radioactive isotope, the pressure condition for circulating a working material is limited to a low pressure (atmospheric pressure or lower) due to regulations and the like. However, in many optical visualization methods including the two-dimensional color separation color Schlieren method, the principle of visualization is based on the absolute amount of the density change of the measurement object, so that under low pressure conditions where the density change that occurs is considered to be minute, it is good. It was considered difficult to obtain a perfect visualized image.

【0004】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、低圧下における圧縮性流体現象を二次元色分解カラ
ーシュリーレン法を用いて可視化することを目的とする
ものである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to visualize a compressible fluid phenomenon under a low pressure by using a two-dimensional color separation color Schlieren method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の低圧下圧縮性流
体現象の可視化法は、第1シュリーレンミラーの光源側
焦点に3色の扇形カラーフィルタを円環状をなすように
配置し、前記光源から出射し、カラーフィルタを通って
第1シュリーレンミラーで反射された平行光が入射され
る第2シュリーレンミラーの焦点位置にピンホールを配
置して前記3色のうちの1色の光がピンホールを通過す
るように各光学要素を軸合わせ調整し、第1及び第2シ
ュリーレンミラー間の光路中に置かれた低圧の圧縮性流
体の密度変化に応じて生ずる前記ピンホールを通過する
光の色の変化を撮影するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の圧縮性流体の可視化装置は、上流側貯気
層から測定部を介して下流側貯気層へ流量調整して低圧
の圧縮性流体を供給する流通系と、光源側焦点に3色の
扇形カラーフィルタが円環状をなすように配置され、前
記光源から出射し、カラーフィルタを通して入射する光
を平行光として反射する第1シュリーレンミラーと、第
1シュリーレンミラーで反射され、前記測定部を透過し
た光が入射される第2シュリーレンミラーと、第2シュ
リーレンミラーの焦点位置に配置されたピンホールとが
軸合わせ調整されて配置され、前記測定部における低圧
の圧縮性流体の密度変化に応じて生ずる前記ピンホール
を通過する光の色の変化を検出して可視化する光学系と
を備えたことを特徴とする。また、本発明の軸合わせ装
置は、レール上に取付けられ、水準器が設けられた高さ
調整可能なヘリウムネオンレーザと、ヘリウムネオンレ
ーザに対向してレール上に取付けられ、上下位置、角度
調整が可能な平面鏡と、ヘリウムネオンレーザ寄りと、
平面鏡寄りにそれぞれ設けられ、ヘリウムネオンレーザ
から平面鏡に照射され、平面鏡で反射されてヘリウムネ
オンレーザの出射孔に戻るレーザ光が通過するようにヘ
リウムネオンレーザと平面鏡の高さ調整を行うための第
1、第2のピンホールと、第1、第2のピンホール間に
配置され、ヘリウムネオンレーザから出射されて第1の
ピンホールを通過し、ヘリウムネオンレーザ側の面から
の反射光がヘリウムネオンレーザの出射孔に戻るように
角度調整されてレールに取付けられたビームスプリッタ
ーと、軸合わせする対象光学要素の位置に前記ビームス
プリッタを挟んで対向配置され、前記ヘリウムネオンレ
ーザから出射し、ビームスプリッタで90°方向転換し
た光が通るように調整するための第3、第4のピンホー
ルとを備えたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method for visualizing a compressible fluid phenomenon under low pressure, wherein a fan-shaped color filter of three colors is arranged in an annular shape at a light source side focal point of a first schlieren mirror. A pinhole is arranged at the focal position of the second Schlieren mirror where the parallel light emitted from the first filter passes through the color filter and is reflected by the first Schlieren mirror. The color of light passing through said pinholes in response to a change in density of a low-pressure compressible fluid placed in the optical path between the first and second schlieren mirrors. The change is photographed.
Further, the compressible fluid visualization device of the present invention is a flow system that supplies a low-pressure compressive fluid by adjusting the flow rate from the upstream gas reservoir to the downstream gas reservoir via the measurement unit, and a light source side focal point. Three fan-shaped color filters are arranged in an annular shape, and a first schlieren mirror that reflects light emitted from the light source and incident through the color filter as parallel light is reflected by the first schlieren mirror. A second schlieren mirror into which light transmitted through the portion is incident, and a pinhole arranged at a focal position of the second schlieren mirror are arranged so as to be aligned with each other, and the density change of the low-pressure compressible fluid in the measurement unit is changed. And an optical system for detecting a change in color of light passing through the pinhole and visualizing the change. In addition, the axis alignment device of the present invention is a helium neon laser that is mounted on a rail and has a level and is adjustable in height, and is mounted on the rail in opposition to the helium neon laser to adjust the vertical position and angle. And a helium-neon laser,
A helium-neon laser and a second mirror for adjusting the height of the helium-neon laser so that the laser light emitted from the helium-neon laser to the plane mirror, reflected by the plane mirror, and returned to the exit hole of the helium-neon laser passes therethrough are provided. The first and second pinholes are disposed between the first and second pinholes, emitted from the helium neon laser, pass through the first pinhole, and reflected light from the helium neon laser side surface is helium. A beam splitter, which is angle-adjusted so as to return to the emission hole of the neon laser and is attached to the rail, is disposed facing the axis of the target optical element with the beam splitter interposed therebetween, and emits from the helium neon laser. Third and fourth pinholes for adjusting light passing through a 90 ° direction by the splitter to pass therethrough are provided. And it features.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図1は本発明が適用される同位体分離試験
装置の概略図である。圧縮機1で圧縮されたガスを図の
矢印で示すガス循環方向に流通させてノズル部2で断熱
膨張させ、ここでレーザシステム4からのレーザ光を照
射して同位体分離させ、製品回収装置3で製品を回収
し、残りのガスを圧縮機1に戻し、以後循環させて同位
体分離を行う。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic diagram of an isotope separation test apparatus to which the present invention is applied. The gas compressed by the compressor 1 is circulated in the gas circulation direction shown by the arrow in the figure, and is adiabatically expanded by the nozzle unit 2, where it is irradiated with laser light from the laser system 4 to perform isotope separation, and the product recovery device The product is recovered in 3 and the remaining gas is returned to the compressor 1 and thereafter circulated for isotopic separation.

【0007】図2は本発明の可視化装置の概略構成を示
す図である。図2に示す可視化装置は流れの可視化のみ
に利用する装置であり、実際の同位体分離試験において
用いられるものではない。本発明の可視化装置は、大き
く分けて測定対象部に気体を流通させるガス流通系、可
視化画像を作り出す光学系、可視化画像を取得記録する
測定系の3つの部分で構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the visualization device of the present invention. The visualization apparatus shown in FIG. 2 is an apparatus used only for visualizing a flow, and is not used in an actual isotope separation test. The visualization device of the present invention is roughly divided into three parts: a gas flow system for flowing gas through the measurement target, an optical system for generating a visualized image, and a measurement system for acquiring and recording the visualized image.

【0008】ガス流通系では、まず液化ガスを気化器
(図示せず)により気化させ、上流側貯気槽11に導入
滞留させ、下流ノズル部の全圧を得る。上流側貯気槽1
1のガスは間欠流発生器12により間欠流としてノズル
部13に送られ、ノズル部13を通ったガスは下流側貯
気槽14に流入滞留する。このときノズル部13の下流
には、流量調整弁15を設置し、ノズル部の上流側圧力
0 と下流側圧力Pbを調整する仕組みを持たせてい
る。圧力P0 、Pbはそれぞれ圧力計16、17で測定
する。これはP0 とPbの比率が変化することによりノ
ズル部13における流体の挙動が大きく変化するためで
あり、この比を制御することで、実際の運用状況下での
ノズル部13に発生する現象を模擬することができる。
下流側貯気槽14に流入して滞留したガスは真空排気装
置(図示せず)により、系外に排気される。
In the gas flow system, first, the liquefied gas is vaporized by a vaporizer (not shown), introduced and retained in the upstream gas storage tank 11, and the total pressure of the downstream nozzle is obtained. Upstream air storage tank 1
The first gas is sent to the nozzle unit 13 as an intermittent flow by the intermittent flow generator 12, and the gas passing through the nozzle unit 13 flows into the downstream air storage tank 14 and stays there. At this time, a flow control valve 15 is provided downstream of the nozzle section 13 to provide a mechanism for adjusting the upstream pressure P 0 and the downstream pressure Pb of the nozzle section. The pressures P 0 and Pb are measured by pressure gauges 16 and 17, respectively. This is because the behavior of the fluid in the nozzle portion 13 greatly changes due to a change in the ratio of P 0 to Pb. By controlling this ratio, a phenomenon that occurs in the nozzle portion 13 under an actual operation condition Can be simulated.
The gas that has flowed into the downstream gas storage tank 14 and stays there is exhausted out of the system by a vacuum exhaust device (not shown).

【0009】光学系は電源部20からの電流供給で発光
するスパーク光源21からの光をカラーソースマスク2
2を通し、第1シュリーレンミラー24で反射させ、測
定対象であるノズル部13を通して第2シュリーレンミ
ラー25で反射させ、ピンホール26を通してCCDカ
メラ28で検出している。詳細は後述するが、ノズル部
13を通過するガスに密度変化が起こると、カラーソー
スマスク22を通った後、良く混合されて白色光線とな
った光が、ガスの密度変化(屈折率変化)により光路が
変化し、その変化がCCDカメラ28でカラー像として
検出される。
The optical system transmits light from a spark light source 21 which emits light when a current is supplied from a power supply unit 20 to a color source mask 2.
2, the light is reflected by the first schlieren mirror 24, reflected by the second schlieren mirror 25 through the nozzle portion 13 to be measured, and detected by the CCD camera 28 through the pinhole 26. As will be described later in detail, when the density of the gas passing through the nozzle portion 13 changes, the light that passes through the color source mask 22 and is well mixed to form white light is changed in gas density (change in refractive index). Changes the optical path, and the change is detected by the CCD camera 28 as a color image.

【0010】測定系は、CCDカメラ28を駆動制御し
てCCDカメラで検出した可視化像をに取り込むCCD
制御器33と、CCD制御器を通して送られる可視化像
を映しだすモニタ34からなっている。
The measuring system is a CCD which drives and controls the CCD camera 28 and takes in a visualized image detected by the CCD camera.
It comprises a controller 33 and a monitor 34 for displaying a visualized image sent through the CCD controller.

【0011】可視化装置の動作は、トリガー信号発生器
30でトリガーパルスを発生させ、駆動部31により間
欠流発生器12を作動させて間欠流を発生させ、同時に
信号遅延器32を通して電源部20を動作させてスパー
ク光源21をスパークさせ、ノズル部を通して測定光線
を照射することにより行われる。画像の測定は、トリガ
ー信号発生器30からのトリガーパルスでCCD制御器
33を動作させてCCDカメラ28を駆動し、ノズル部
を通り、第2シュリーレンミラー25で反射した光を検
出することにより行われる。
The operation of the visualization apparatus is as follows. A trigger pulse is generated by a trigger signal generator 30, an intermittent flow generator 12 is operated by a drive unit 31, and an intermittent flow is generated. The operation is performed by sparking the spark light source 21 and irradiating the measurement light beam through the nozzle portion. The measurement of the image is performed by operating the CCD controller 33 with the trigger pulse from the trigger signal generator 30 to drive the CCD camera 28 and detecting the light passing through the nozzle portion and reflected by the second schlieren mirror 25. Will be

【0012】次に、超音速冷却ノズル内の可視化光学系
について図3により説明する。可視化光学系は、高輝度
スパーク光源21、カラーソースマスク22、円筒型レ
ンズ23、全反射凹面鏡(シュリーレンミラー)24,
25、ピンホール26、及びこれらを保持するホルダー
により構成されている。まず、第1シュリーレンミラー
24の光源側焦点に図4に示すような、内径6mm、外
径8mmの赤、青、緑の扇型カラーフィルター(カラー
ソースマスク)22を固定し、これを連続もしくはスパ
ーク光で照射する。このときマスク22には、その光源
側に接してスリガラス板(図示せず)を貼りつけてある
ので、3色光は円筒レンズ23を通し、第1シュリーレ
ンミラー24に至るまでによく混合し、ミラーで反射さ
れた後平行な白色光線となる。この光は再び、第2シュ
リーレンミラー25で反射されてその焦点に集まり、そ
こでカラーソースマスクの像を形成する。第2シュリー
レンミラー25の焦点には直径約6mmのピンホール2
6を置き、ピンホールの外側に3色扇の像を結ばせ、緑
色の光の一部がピンホール中を通過するように位置調整
する。こうするとにより、緑色がバックグラウンド色と
なる。もちろん、青、赤色をバックグラウンド色となる
ように位置調整してもよい。
Next, the visualizing optical system in the supersonic cooling nozzle will be described with reference to FIG. The visualization optical system includes a high-intensity spark light source 21, a color source mask 22, a cylindrical lens 23, a total reflection concave mirror (Schlieren mirror) 24,
25, a pinhole 26, and a holder for holding these. First, a red, blue, and green fan-shaped color filter (color source mask) 22 having an inner diameter of 6 mm and an outer diameter of 8 mm as shown in FIG. Irradiate with spark light. At this time, a ground glass plate (not shown) is attached to the mask 22 so as to be in contact with the light source side, so that the three-color light passes through the cylindrical lens 23 and is well mixed until reaching the first schlieren mirror 24. After being reflected by the light, it becomes a parallel white light beam. This light is again reflected by the second Schlieren mirror 25 and focuses on it, where it forms an image of the color source mask. The focal point of the second Schlieren mirror 25 is a pinhole 2 having a diameter of about 6 mm.
6 is placed, an image of a three-color fan is formed outside the pinhole, and the position is adjusted so that a portion of green light passes through the pinhole. This makes green the background color. Of course, the position may be adjusted so that blue and red are the background colors.

【0013】このような構成において、超音速冷却ノズ
ル13内の試験気体に密度変化が生じると、光線は密度
の大きい、即ち屈折率の大きい方向に屈折され、測定部
(ノズル部)から一定方向に屈折されて出た白色光線の
うち、特定色の光線がピンホール部でピンホールの中を
通過するようになり、この時、密度変化した現象の像は
その特定光線色として見えることとなる。このように屈
折率変化の方向に対応した現象の像が、色が変化して観
測される。この場合、モノクロのシュリレー法では1次
元方向の密度変化した分からないが、色分解カラーシュ
リーレン法では、図4のようなカラーマスクを用いるこ
とにより、どちらの方向に向かって密度が増減している
か観測できる。図5は長方形オリフィス(高さ0.4m
m、長手方向50mm)を通過する超音速流を可視化し
た例を示したものであり、流れ方向は左から右であり、
膨張、噴流境界と垂直衝撃波が観測されている。
In such a configuration, when the density of the test gas in the supersonic cooling nozzle 13 changes, the light beam is refracted in the direction of high density, that is, in the direction of high refractive index, and is moved from the measuring unit (nozzle unit) in a certain direction. Of the white light rays that are refracted into the light, a light ray of a specific color passes through the pinhole at the pinhole part, and at this time, the image of the phenomenon of density change will be seen as the specific light color . The image of the phenomenon corresponding to the direction of the change in the refractive index is observed with the color changed. In this case, it is not known that the density in the one-dimensional direction has changed by the monochrome Shrehl method, but in the color separation color Schlieren method, the color mask as shown in FIG. Observable. Figure 5 shows a rectangular orifice (0.4m high)
m, 50 mm in the longitudinal direction), which shows an example of visualizing a supersonic flow passing from left to right,
Expansion, jet boundaries and vertical shock waves have been observed.

【0014】なお、図3に示す測定系では、現象の密度
変化が微小である場合には光線の屈折量が微小であるた
め、明瞭な画像を得にくい。このような場合には光学系
の配置を精度よく行う必要がある。次に、光学系の配置
を精度よく行うための軸合わせ装置について図6により
説明する。図6は本発明の軸合わせ装置を説明する図で
あり、図6(a)は側面図、図6(b)は平面図であ
る。図3に示したように、軸合わせ装置40は測定対象
である超音速冷却ノズル13と第2シュリーレンミラー
25の間に水平に配置し、この時、軸合わせ装置のレー
ル41を測定対象と第2シュリーレンミラーとを結ぶ線
とに対して直交させるように配置する。図6において、
軸合わせ装置の光学定盤には一定間隔でネジ孔が開いて
いて、各光学要素をレールに沿って動かし、ネジ孔で適
宜の位置に止められるようになっている。光学定盤のレ
ール41にはヘリウムネオンレーザ42、虹彩絞り(ピ
ンホール)43、ビームスプリッター44、虹彩絞り
(ピンホール)45、平面反射鏡46がそれぞれネジ止
めされる。ビームスプリッター44から90°偏向され
た光を通す虹彩絞り(ピンホール)47,48がレール
41と垂直方向に設けられている。
In the measurement system shown in FIG. 3, when the change in the density of the phenomenon is small, the amount of refraction of the light beam is small, so that it is difficult to obtain a clear image. In such a case, it is necessary to precisely arrange the optical system. Next, an axis aligning device for accurately arranging the optical system will be described with reference to FIG. 6A and 6B are views for explaining the axis aligning device of the present invention. FIG. 6A is a side view, and FIG. 6B is a plan view. As shown in FIG. 3, the axis aligning device 40 is horizontally disposed between the supersonic cooling nozzle 13 to be measured and the second schlieren mirror 25, and at this time, the rail 41 of the axis aligning device is 2 It is arranged so as to be orthogonal to the line connecting the Schlieren mirror. In FIG.
Screw holes are formed at regular intervals in the optical surface plate of the axis aligning device, and each optical element is moved along the rail, and can be stopped at an appropriate position by the screw holes. A helium neon laser 42, an iris diaphragm (pinhole) 43, a beam splitter 44, an iris diaphragm (pinhole) 45, and a plane reflecting mirror 46 are screwed to the rail 41 of the optical surface plate, respectively. Iris diaphragms (pinholes) 47 and 48 for passing light deflected by 90 ° from the beam splitter 44 are provided in a direction perpendicular to the rail 41.

【0015】次に軸合わせについて説明する。 ・ビームスプリッター44、ピンホール43,45を取
り除き、さらに水平器を用いてレーザ42を水平に調整
した後、レーザ42より平面反射鏡46に対してレーザ
光を発射する。平面反射鏡46で反射したレーザ光がレ
ーザ本体の出射孔に正確に戻るように平面反射鏡46を
調整する。・次いで、ピンホール43,45をレール4
1上のそれぞれレーザ寄り、および平面反射鏡46寄り
に設置し、レーザ光が各ピンホールを通過するように高
さ調整を行う。 ・次いで、ビームスプリッター44をピンホール43,
45の間に配置する。ビームスプリッター44のレーザ
側の面からの反射光がレーザ本体の出射光に正確に戻る
ようにビームスプリッターの角度を調整する。この操作
によりレーザ本体、ビームスプリッター44および平面
反射鏡46は同軸上に設置されたことが担保される。 ・次いでレール上において、ビームスプリッター44を
移動させ、ノズル部(図3参照)の測定対象領域をレー
ザ光が貫くように調整する。この時、レーザ光と測定領
域の上下関係が調整を必要とする場合には、光学定盤を
水平に保ちながら上下位置を調整する。これはピンホー
ル47、48を用いてレーザ光がピンホールを通過する
ように調整することにより行う。
Next, the alignment will be described. After removing the beam splitter 44 and the pinholes 43 and 45 and further adjusting the laser 42 horizontally using a leveler, the laser 42 emits a laser beam to the plane reflecting mirror 46. The plane reflecting mirror 46 is adjusted so that the laser beam reflected by the plane reflecting mirror 46 returns accurately to the emission hole of the laser main body.・ Next, pinholes 43 and 45 are connected to rail 4
The laser light and the plane reflecting mirror 46 are respectively installed on the top 1 and the height is adjusted so that the laser beam passes through each pinhole. Next, the beam splitter 44 is connected to the pinhole 43,
45. The angle of the beam splitter is adjusted so that the reflected light from the laser-side surface of the beam splitter 44 accurately returns to the emitted light from the laser main body. By this operation, it is ensured that the laser main body, the beam splitter 44 and the plane reflecting mirror 46 are coaxially installed. Next, the beam splitter 44 is moved on the rail to adjust the measurement target area of the nozzle portion (see FIG. 3) so that the laser beam penetrates. At this time, if the vertical relationship between the laser beam and the measurement area requires adjustment, the vertical position is adjusted while keeping the optical surface plate horizontal. This is performed by adjusting the laser light so as to pass through the pinholes using the pinholes 47 and 48.

【0016】・次いで、第1シュリーレンミラー24お
よび第2シュリーレンミラー25の位置をレーザ光が中
心を貫くように調整する。この時、各シュリーレンミラ
ーの中心をレーザ光が正確に貫くよう、図7に示す標的
板をシュリーレンミラーに取付ける。レーザ光が各光学
機器の中心を通過するように配置する。以上のような操
作を行うことで、極めて精度の高い配置を実現すること
ができ、この装置と可視化装置の組み合わせにより、低
圧の圧縮性流体の可視化の可能となる。なお、実際の測
定は、軸合わせ装置40(図3参照)で上記のような手
順で軸合わせを行った後、軸合わせ装置40を取り外し
て行われる。
Next, the positions of the first Schlieren mirror 24 and the second Schlieren mirror 25 are adjusted so that the laser beam passes through the center. At this time, the target plate shown in FIG. 7 is attached to the schlieren mirror so that the laser beam passes exactly through the center of each schlieren mirror. The laser light is arranged so as to pass through the center of each optical device. By performing the above operation, extremely accurate arrangement can be realized, and the combination of this device and the visualization device makes it possible to visualize a low-pressure compressible fluid. Note that the actual measurement is performed after the axis alignment is performed by the axis alignment apparatus 40 (see FIG. 3) in the above-described procedure, and then the axis alignment apparatus 40 is removed.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、低圧圧縮
性流体の密度が変化して屈折率変化が生じたとき、その
変化に対応して現象の像がカラー画像として観測される
ため、モノクロのシュリレー法では得られない変化方向
まで観測可能であり、また、密度変化が微小であって
も、本発明の軸合わせ装置により光学要素を高精度に軸
合わせすることにより、観測することが可能となる。
As described above, according to the present invention, when the density of the low-pressure compressible fluid changes and the refractive index changes, an image of the phenomenon is observed as a color image corresponding to the change. In addition, it is possible to observe the direction of change that cannot be obtained by the monochrome Shrelay method, and even if the density change is minute, it is possible to observe by aligning the optical element with high accuracy using the axis alignment device of the present invention. Becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明が適用される同位体分離試験装置の概
略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an isotope separation test apparatus to which the present invention is applied.

【図2】 本発明の可視化装置の概略構成を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a visualization device of the present invention.

【図3】 超音速冷却ノズル内の可視化光学系を説明す
る図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a visualization optical system in a supersonic cooling nozzle.

【図4】 カラーマスクを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a color mask.

【図5】 観測例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an observation example.

【図6】 本発明の軸合わせ装置を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a shaft alignment device of the present invention.

【図7】 標的板を示す図である。FIG. 7 is a view showing a target plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…圧縮機、2…ノズル部、3…製品回収装置、4…レ
ーザシステム、11…上流側貯気槽、12…間欠流発生
器、13…ノズル部、14…下流側貯気槽、15…流量
調整弁、20…電源部、21…スパーク光源、22…カ
ラーソースマスク、23…円筒レンズ、24…第1シュ
リーレンミラー、25…第2シュリーレンミラー、26
…ピンホール、28…CCDカメラ、30…トリガー信
号発生器、31…駆動部、32…信号遅延器、33…C
CD制御器、34…モニタ、40…軸合わせ装置、41
…レール、42…ヘリウムネオンレーザ、43,45,
47,48…虹彩絞り、44…ビームスプリッター、4
6…平面反射鏡。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor, 2 ... Nozzle part, 3 ... Product recovery device, 4 ... Laser system, 11 ... Upstream air storage tank, 12 ... Intermittent flow generator, 13 ... Nozzle part, 14 ... Downstream air storage tank, 15 .., Flow control valve, 20 power supply unit, 21 spark light source, 22 color source mask, 23 cylindrical lens, 24 first schlieren mirror, 25 second schlieren mirror, 26
... Pinhole, 28 ... CCD camera, 30 ... Trigger signal generator, 31 ... Driver, 32 ... Signal delay device, 33 ... C
CD controller, 34 monitor, 40 aligning device, 41
... rail, 42 ... helium neon laser, 43,45,
47, 48: iris diaphragm, 44: beam splitter, 4
6. Planar reflector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−302936(JP,A) 特開 平3−29860(JP,A) 社団法人 日本原子力学会 1998年秋 の大会 予稿集(1998年9月5日発行) 第▲III▼分冊(核燃料サイクルと材 料)第635頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01P 13/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-302936 (JP, A) JP-A-3-29860 (JP, A) Atomic Energy Society of Japan Fall Meeting 1998 Preprints (September 1998) (Issued on the 5th) Volume III III (Nuclear Fuel Cycle and Materials) Page 635 (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01P 13/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1シュリーレンミラーの光源側焦点に
3色の扇形カラーフィルタを円環状をなすように配置
し、前記光源から出射し、カラーフィルタを通って第1
シュリーレンミラーで反射された平行光が入射される第
2シュリーレンミラーの焦点位置にピンホールを配置し
て前記3色のうちの1色の光がピンホールを通過するよ
うに各光学要素を軸合わせ調整し、第1及び第2シュリ
ーレンミラー間の光路中に置かれた低圧の圧縮性流体の
密度変化に応じて生ずる前記ピンホールを通過する光の
色の変化を撮影するようにしたことを特徴とする圧縮性
流体の可視化法。
1. A fan-shaped color filter of three colors is arranged at a focal point on a light source side of a first schlieren mirror so as to form an annular shape, emitted from the light source, and passed through the color filter.
A pinhole is arranged at the focal position of the second Schlieren mirror where the parallel light reflected by the Schlieren mirror is incident, and the respective optical elements are axially aligned such that one of the three colors passes through the pinhole. And adjusting a color of light passing through the pinhole in response to a change in density of the low-pressure compressible fluid placed in the optical path between the first and second schlieren mirrors. Method of visualizing a compressible fluid.
【請求項2】 上流側貯気層から測定部を介して下流側
貯気層へ流量調整して低圧の圧縮性流体を供給する流通
系と、 光源側焦点に3色の扇形カラーフィルタが円環状をなす
ように配置され、前記光源から出射し、カラーフィルタ
を通して入射する光を平行光として反射する第1シュリ
ーレンミラーと、第1シュリーレンミラーで反射され、
前記測定部を透過した光が入射される第2シュリーレン
ミラーと、第2シュリーレンミラーの焦点位置に配置さ
れたピンホールとが軸合わせ調整されて配置され、前記
測定部における低圧の圧縮性流体の密度変化に応じて生
ずる前記ピンホールを通過する光の色の変化を検出して
可視化する光学系と、 を備えた圧縮性流体の可視化装置。
2. A circulation system for supplying a low-pressure compressible fluid by adjusting a flow rate from an upstream gas reservoir to a downstream gas reservoir via a measuring unit, and a three-color fan-shaped color filter at a light source-side focal point. A first schlieren mirror that is arranged to form an annular shape, emits light from the light source, and reflects light incident through a color filter as parallel light, and is reflected by the first schlieren mirror;
A second schlieren mirror into which light transmitted through the measurement unit is incident, and a pinhole disposed at a focal position of the second schlieren mirror are arranged so as to be aligned with each other. An optical system for detecting and visualizing a change in the color of light passing through the pinhole, which occurs according to a change in density, and a visualization device for a compressible fluid, comprising:
【請求項3】 レール上に取付けられ、水準器が設けら
れた高さ調整可能なヘリウムネオンレーザと、 ヘリウムネオンレーザに対向してレール上に取付けら
れ、上下位置、角度調整が可能な平面鏡と、 ヘリウムネオンレーザ寄りと、平面鏡寄りにそれぞれ設
けられ、ヘリウムネオンレーザから平面鏡に照射され、
平面鏡で反射されてヘリウムネオンレーザの出射孔に戻
るレーザ光が通過するようにヘリウムネオンレーザと平
面鏡の高さ調整を行うための第1、第2のピンホール
と、 第1、第2のピンホール間に配置され、ヘリウムネオン
レーザから出射されて第1のピンホールを通過し、ヘリ
ウムネオンレーザ側の面からの反射光がヘリウムネオン
レーザの出射孔に戻るように角度調整されてレールに取
付けられたビームスプリッターと、 軸合わせする対象光学要素の位置に前記ビームスプリッ
タを挟んで対向配置され、前記ヘリウムネオンレーザか
ら出射し、ビームスプリッタで90°方向転換した光が
通るように調整するための第3、第4のピンホールと、 を備えた軸合わせ装置。
3. A helium-neon laser mounted on a rail and provided with a level, the height of which is adjustable, and a plane mirror mounted on the rail opposite to the helium-neon laser and capable of adjusting a vertical position and an angle. , Provided near the helium neon laser and near the plane mirror, respectively, is irradiated from the helium neon laser to the plane mirror,
First and second pinholes for adjusting the height of the helium neon laser and the plane mirror so that the laser light reflected by the plane mirror and returning to the emission hole of the helium neon laser passes therethrough, and the first and second pins. Arranged between the holes, emitted from the helium neon laser, passes through the first pinhole, and is angle-adjusted so that the reflected light from the helium neon laser side surface returns to the helium neon laser emission hole, and is attached to the rail. The beam splitter is disposed at the position of the target optical element to be aligned, with the beam splitter interposed therebetween. The beam splitter emits light from the helium neon laser, and adjusts the light so that the light that has been turned 90 ° by the beam splitter passes therethrough. And a third and a fourth pinhole.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112284982A (en) * 2020-11-23 2021-01-29 西南石油大学 Device for evaluating spreading and plugging performance of water plugging agent on gas-water interface of porous medium
CN112284683A (en) * 2020-11-12 2021-01-29 华北科技学院 Method and system for observing wave system evolution process of premixed gas deflagration flow field
CN114815281A (en) * 2022-04-12 2022-07-29 哈尔滨工程大学 High-precision schlieren system light path adjusting device and using method thereof

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3892230B2 (en) * 2001-01-26 2007-03-14 独立行政法人科学技術振興機構 Computer color interference fringe display method
JP5476596B2 (en) 2009-09-25 2014-04-23 独立行政法人日本原子力研究開発機構 Molecular selective excitation method, isotope separation method using the same, isotope analysis method, molecular selective excitation device, isotope separation device
JP6818702B2 (en) * 2018-01-15 2021-01-20 株式会社東芝 Optical inspection equipment and optical inspection method
KR102315958B1 (en) * 2019-10-30 2021-10-21 광주과학기술원 Object separation system using schlieren device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
社団法人 日本原子力学会 1998年秋の大会 予稿集(1998年9月5日発行)第▲III▼分冊(核燃料サイクルと材料)第635頁

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112284683A (en) * 2020-11-12 2021-01-29 华北科技学院 Method and system for observing wave system evolution process of premixed gas deflagration flow field
CN112284982A (en) * 2020-11-23 2021-01-29 西南石油大学 Device for evaluating spreading and plugging performance of water plugging agent on gas-water interface of porous medium
CN112284982B (en) * 2020-11-23 2024-05-14 西南石油大学 Evaluation device for spreading and plugging performance of plugging agent on porous medium air-water interface
CN114815281A (en) * 2022-04-12 2022-07-29 哈尔滨工程大学 High-precision schlieren system light path adjusting device and using method thereof

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