JP5312238B2

JP5312238B2 - 粒子画像流速測定装置におけるトレーサ粒子発生装置

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Publication number: JP5312238B2
Application number: JP2009162116A
Authority: JP
Inventors: 元亮星野; 有一福地
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Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2013-10-09
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Description

本発明は、物体の周囲の流れ場にトレーサ粒子供給手段から液体微粒子よりなるトレーサ粒子を供給し、トレーサ粒子にレーザー光を照射して反射光を撮像手段で撮像し、得られたトレーサ粒子の画像に基づいて流れ場の状態を測定する粒子画像流速測定装置におけるトレーサ粒子発生装置に関する。

トレーサ粒子が含まれる流体の流れ場に２次元状のレーザーシートを微小な時間差を有する２時刻において照射し、各々の時刻におけるレーザーシート内のトレーサ粒子の画像をカメラで撮像し、それらの２時刻の画像に基づいて流れ場の状態を測定する粒子画像流速測定法（ＰＩＶ：Particle Image Velocimetry）が知られている。

かかる粒子画像流速測定装置のトレーサ粒子発生装置としてラスキンノズルを用いたものが、下記非特許文献１により公知である。このトレーサ粒子発生装置は、圧力容器に貯留したオイル中に配置したラスキンノズルに圧縮空気を供給して油滴を含む気泡を発生させ、この気泡がオイルの液面で破裂して発生した油滴を衝突板に衝突させて粒径を均一に揃えた後に、トレーサ粒子として供給するようになっている。

ＰＩＶハンドブック可視化情報学会編森北出版株式会社

ところで、トレーサ粒子の鮮明な画像を得るには、シグナルであるトレーサ粒子の反射光強度と、ノイズである背景の反射光強度との比（Ｓ／Ｎ比）を大きくする必要があり、そのためにはトレーサ粒子の粒径は均一で大きい方が望ましい。しかしながら、トレーサ粒子の粒径が過大になると、その重量が大きくなることで重力の影響や慣性力の影響を強く受け易くなり、トレーサ粒子の流れ場に対する追従性が低下する問題がある。

上記非特許文献１に記載されたものは、トレーサ粒子の平均粒径（算術平均）が最適値よりも小さい１μｍ程度にしかならず、トレーサ粒子からの反射光強度が不足してＳ／Ｎ比が小さくなる問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、粒径が適切で均一なトレーサ粒子を発生可能な粒子画像流速測定装置用のトレーサ粒子発生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、物体の周囲の流れ場にトレーサ粒子供給手段からオイル微粒子よりなるトレーサ粒子を供給し、トレーサ粒子にレーザー光を照射して反射光を撮像手段で撮像し、得られたトレーサ粒子の画像に基づいて流れ場の状態を測定する粒子画像流速測定方装置において、前記トレーサ粒子供給手段は、オイルが噴出するオイル噴出口の周囲を空気が噴出する空気噴出口で囲んだ２個の噴霧ノズルの軸線を相互に交差させた衝突噴流式ノズルと、圧縮空気を供給する圧縮空気供給源と、オイルを貯留するオイルタンクと、前記圧縮空気供給源の空気を前記オイルタンクに供給してオイルを加圧する第１空気通路と、前記オイルタンクの加圧されたオイルを前記衝突噴流式ノズルの二つのオイル噴出口に供給するオイル通路と、前記圧縮空気供給源の空気を前記衝突噴流式ノズルの二つの空気噴出口に供給する第２空気通路と、前記第１空気通路および前記オイル通路の少なくとも一方に設けられた第１圧力調整手段と、前記第１圧力調整手段の下流に設けられて、前記オイル噴出口に供給されるオイルの圧力を検出する第１圧力センサと、前記第２空気通路に設けられた第２圧力調整手段と、前記第２圧力調整手段の下流に設けられて、前記空気噴出口に供給される圧縮空気の圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力調整手段の作動および前記第２圧力調整手段の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記空気噴出口に供給される圧縮空気の圧力と、前記オイル噴出口に供給されるオイルの圧力と、該オイル噴出口に供給されるオイルの流量と、トレーサ粒子の粒径との関係を示すマップから、オイルの所定流量でトレーサ粒子の目標粒径を得るための圧縮空気の圧力とオイルの圧力とを検索し、前記第１圧力センサで検出したオイルの圧力が前記マップの検索値に一致するように前記第１圧力調整手段の作動をフィードバック制御するとともに、前記第２圧力センサで検出した圧縮空気の圧力が前記マップの検索値に一致するように前記第２圧力調整手段の作動をフィードバック制御することを特徴とする、粒子画像流速測定装置におけるトレーサ粒子発生装置が提案される。

尚、実施の形態の第１、第２第１ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂは本発明の撮像手段に対応し、実施の形態の電子制御ユニット５４は本発明の制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、トレーサ粒子供給手段が、オイルが噴出するオイル噴出口の周囲を空気が噴出する空気噴出口で囲んだ２個の噴霧ノズルの軸線を相互に交差させた衝突噴流式ノズルを備えており、圧縮空気供給手段から第１空気通路を介してオイルタンクに圧縮空気を供給してオイルを加圧し、そのオイルをオイル通路を介して衝突噴流式ノズルの二つのオイル噴出口に供給し、かつ圧縮空気供給手段から第２空気通路を介して衝突噴流式ノズルの二つの空気噴出口に圧縮空気を供給するので、粒径が適切で均一なトレーサ粒子を発生することができる。

また、第１空気通路またはオイル通路に第１圧力調整手段を設けるとともに、その下流側に、オイル噴出口に供給されるオイルの圧力を検出する第１圧力センサを設け、かつ第２空気通路の上流側に第２圧力調整手段を設けるとともに、その下流側に、空気噴出口に供給される圧縮空気の圧力を検出する第２圧力センサを設け、制御手段が、空気噴出口に供給される圧縮空気の圧力と、オイル噴出口に供給されるオイルの圧力と、該オイル噴出口に供給されるオイルの流量と、トレーサ粒子の粒径との関係を示すマップから、オイルの所定流量でトレーサ粒子の目標粒径を得るための圧縮空気の圧力とオイルの圧力とを検索し、第１圧力センサで検出したオイルの圧力がマップの検索値に一致するように第１圧力調整手段の作動をフィードバック制御するとともに、第２圧力センサで検出した圧縮空気の圧力がマップの検索値に一致するように第２圧力調整手段の作動をフィードバック制御するので、衝突噴流式ノズルのオイル噴出口および空気噴出口にそれぞれオイルおよび空気を任意の圧力で供給してトレーサ粒子の粒径を任意に制御することができる。

風洞に設けられた粒子画像流速測定装置の全体平面図。図１の２部拡大図。図２の３−３線拡大断面図。図３の４−４線断面図。レーザーシートおよびＣＣＤカメラのＺ軸方向の移動の説明図。第１、第２時刻の画像からピークレシオを算出する過程の説明図。第１、第２ピークのレシオと誤ベクトルの数との関係を示す図。トレーサ粒子供給手段の構造を示す図。トレーサ粒子の粒径からオイル圧および圧縮空気圧を検索するマップを示す図。各種のトレーサ粒子供給手段のトレーサ粒子の粒径およびその含有率を示すグラフ。実施の形態および従来例のトレーサ粒子供給手段の粒径を比較する図。実施の形態および従来例のレーザー強度に対するピークレシオの関係を比較する図。

以下、図１〜図１２に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、所定の流速の空気の一様流が供給される風洞１１の内部に例えば自動車車体の模型のような物体１２が置かれており、その上流側に設置されたトレーサ粒子供給手段１３から直径が数μｍの微小な油滴（トレーサ粒子）が一様流中に供給される。一様流は物体１２の表面に沿って流れの向きを変え、３次元の速度場を形成する。風洞１１の壁面の少なくとも一部には透明な観測窓１４が設けられており、この観測窓１４を挟んで物体１２に臨む位置に粒子画像流速測定装置１５が配置される。

図２〜図４に示すように、粒子画像流速測定装置１５は風洞１１の軸線と平行に配置された主ガイドレール２１と、主ガイドレール２１と平行に配置された副ガイドレール２２と、主ガイドレール２１に移動自在に支持された主トラバーサ２３と副ガイドレール２２に移動自在に支持された一対の第１、第２副トラバーサ２４Ａ，２４Ｂと、主トラバーサ２３および第１副トラバーサ２４Ａを連結する第１連結ロッド２５Ａと、主トラバーサ２３および第２副トラバーサ２４Ｂを連結する第２連結ロッド２５Ｂとを備えており、第１、第２連結ロッド２５Ａ，２５Ｂは同じ長さを有している。

主ガイドレール２１の両端に設けられた駆動スプロケット２６および従動スプロケット２７に無端のタイミングベルト２８が巻き掛けられており、その一方の弦部は主トラバーサ２３の一方の貫通孔２３ａ（図４参照）に相対移動不能に係合し、その他方の弦部は主トラバーサ２３の他方の貫通孔２３ｂ（図４参照）を非係合で通過する。駆動スプロケット２６をモータ２９（図３および図４参照）で駆動すると、従動スプロケット２７との間に巻き掛けたタイミングベルト２８が回転し、主トラバーサ２３は主ガイドレール２１に沿って移動する。主トラバーサ２３が移動すると、それに第１、第２連結ロッド２５Ａ，２５Ｂを介して連結された第１、第２副トラバーサ２４Ａ，２４Ｂが副ガイドレール２２に沿って移動する。

主ガイドレール２１の延長線上にレーザヘッド３０が設けられており、レーザヘッド３０は主ガイドレール２１に沿ってレーザービームＬｂを照射する。主トラバーサ２３の上面にミラーおよびシリンドリカルレンズよりなるレーザーシート照射手段３１が設けられており、レーザーシート照射手段３１はレーザービームＬｂをそれに直交する平面を照射するレーザーシートＬｓに変換する。レーザービームＬｂおよび風洞１１の軸線はＺ軸方向に延び、レーザーシートＬｓはＺ軸方向に対して直交するＸ軸およびＹ軸方向に延びている。

第１、第２副トラバーサ２４Ａ，２４Ｂの上面にそれぞれ第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂが設けられており、第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２ＢはレーザーシートＬｓに対して鏡面対称な位置に配置されて該レーザーシートＬｓ上の一点を指向している。第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂは物体１２の近傍のレーザーシートＬｓの所定領域を撮像するものであり、その撮像領域の全域でピントが合うように第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂにはシャインフルーグアダプタが設けられる。レーザーシート照射手段３１を搭載した主トラバーサ２３と、第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂを搭載した第１、第２副トラバーサ２４Ａ，２４Ｂとは一定の位置関係を保ってＺ軸方向に移動するため、レーザーシートＬｓと第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂとは一定の位置関係を保ってＺ軸方向に移動する。

主トラバーサ２３および第１、第２副トラバーサ２４Ａ，２４ＢはＺ軸方向に所定距離ずつ間欠的に移動し、停止する度にレーザーシートＬｓが短い時間間隔Δｔで２回照射される。実施の形態ではＺ軸方向の１ｍの距離を１０ｃｍ間隔で間欠的に移動する（図５参照）。前記時間間隔Δｔは風洞１１内の一様流の流速が高いほど小さく設定されるもので、その間のトレーサ粒子のＺ軸方向の移動距離が測定に適した大きさになるように調整される。また前記時間間隔Δｔにおけるトレーサ粒子のＺ軸方向の移動距離は、レーザーシートＬｓのＺ軸方向の厚さを超えないように設定される。

風洞１１内を流れる一様流は物体１２の周囲で方向を変えて３次元流となり、そこに含まれるトレーサ粒子も空気の流線に沿って移動する。時刻ｔ１における１回目の照射に同期して第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２ＢがレーザーシートＬｓに照射されたトレーサ粒子を撮像することで、照射面内に分布するトレーサ粒子の２方向からの２枚の画像を取得する。同様にして、時刻ｔ１′＝ｔ１＋Δｔにおける２回目の照射に同期して第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２ＢがレーザーシートＬｓに照射されたトレーサ粒子を撮像することで、照射面内に分布するトレーサ粒子の２方向からの２枚の画像を取得する。

本実施の形態では、ＰＩＶの種々の手法のうち、２時刻ｔ１，ｔ１′において取得した二つの画像の輝度パターンを比較してトレーサ粒子群の移動ベクトルを求める「画像相関法」を採用する。

図６には、例えば第１ＣＣＤカメラ３２Ａで２時刻において取得した二つの画像が示される。第１ＣＣＤカメラ３２Ａの軸線はレーザーシートＬｓの照射面に対して傾斜しているため、その画像のｘ−ｙ平面はレーザーシートＬｓの照射面のＸ−Ｙ座標に対して傾いている。四角い枠は、第１ＣＣＤカメラ３２Ａの画像を碁盤目状に分割した検査領域の一つであり、各々の検査領域においてトレーサ粒子群のｘ−ｙ平面内の移動ベクトルが算出される。即ち、時刻ｔ１に取得した第１画像の所定の検査領域におけるトレーサ粒子群の輝度パターンが、時刻ｔ１′に取得した第２画像の所定の検査領域のどの位置に移動したかを相互相関値Ｃ（Δｘ，Δｙ）を用いて検出し、その移動ベクトルを時間Δｔで除算したものを該検査領域における２成分速度ベクトルとする。以下、その２成分速度ベクトルの算出過程を説明する。

先ず、第１ピーク値ｆｐおよび第２ピーク値ｓｐの初期値を共に０に設定する。

ｆｐ←０
ｓｐ←０
続いて、次式で定義される相互相関値Ｃ（Δｘ，Δｙ）を算出する。

ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は第１画像の輝度パターンから求めた輝度関数であり、ｇ（ｘ，ｙ）は第２画像の輝度パターンから求めた輝度関数である。よって、ｇ（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）は、ｇ（ｘ，ｙ）の輝度分布をｘ軸方向に−Δｘだけ移動させ、ｙ軸方向に−Δｙだけ移動させたものに相当する。従って、Δｘ，Δｙは時間間隔Δｔにおける輝度パターンの移動量に対応する。

各検査領域は、一辺の長さがｐの正方形のピクセルがｘ軸方向にｎ個、ｙ軸方向にｎ個集合したものであり、Δｘをｐからｎｐまで掃引し、かつΔｙをｐからｎｐまで掃引しながら、相互相関値Ｃ（Δｘ，Δｙ）を算出する。そして相互相関値Ｃ（Δｘ，Δｙ）が現第１ピーク値ｆｐを超える度に、相互相関値Ｃ（Δｘ，Δｙ）を新第１ピーク値ｆｐとし、現第１ピーク値ｆｐを新第２ピーク値ｓｐとする。

このようにしてΔｘおよびΔｙの全ての値について相互相関値Ｃ（Δｘ，Δｙ）を算出したとき、最終的な第１ピーク値ｆｐが得られたΔｘおよびΔｙの値を第１画像から第２画像への輝度パターンの移動量とする。そしてΔｘ，Δｙを第１、第２画像が取得された時間間隔Δｔで除算したものが、その検査領域における２成分速度ベクトルのｘ成分およびｙ成分であるｖｘ，ｖｙとなる。

このとき、第１画像と第２画像との相関度が高い場合には、第１ピーク値ｆｐは突出して大きくなり、第２ピーク値ｓｐは第１ピーク値ｆｐに対して遥かに小さくなるが、第１画像と第２画像との相関度が低い場合には、第１ピーク値ｆｐおよび第２ピーク値ｓｐの差は小さくなる、このような場合にはΔｘおよびΔｙに基づいて求めた２成分速度ベクトルの信頼性が低くなる。

そこで本実施の形態では、第１ピーク値ｆｐおよび第２ピーク値ｓｐの比であるピークレシオｆｐ／ｓｐを算出し、ピークレシオｆｐ／ｓｐが閾値１．２以上の場合、つまり第１ピーク値ｆｐが第２ピーク値ｓｐに対して１．２倍以上であれば、２成分速度ベクトルの信頼性が高いと判断し、逆に第１ピーク値ｆｐが第２ピーク値ｓｐに対して１．２倍未満であれば、２成分速度ベクトルの信頼性が低いと判断し、その２成分速度ベクトルを誤ベクトルとして削除する。

図７の横軸はピークレシオであり、縦軸は誤ベクトルの数である。このグラフから、ピークレシオが１．２以上の領域で誤ベクトルの数が極めて少なく、ピークレシオが１．２未満の領域で誤ベクトルの数が急激に増加することが分かる。

以上、第１ＣＣＤカメラ３２Ａで２時刻ｔ１，ｔ１′において取得した二つの画像から各検査領域における２成分速度ベクトルを算出する手法を説明したが、同様にして、第２ＣＣＤカメラ３２Ｂで２時刻ｔ１，ｔ１′において取得した二つの画像を比較することで、各検査領域における３成分速度ベクトルを算出することができる。

第１ＣＣＤカメラ３２Ａの画像から得られた検査領域の２成分速度ベクトルと、第２ＣＣＤカメラ３２Ｂの画像から得られた該検査領域の２成分速度ベクトルとは、第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂの撮像方向が異なっていることにより、つまり実際の３成分速度ベクトルを異なる方向から見た視差により異なったものとなる。

よって前記二つの２成分速度ベクトルと、レーザーシートＬｓに対する第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂの相対的な位置関係とから、キャリブレーション（校正）によりレーザーシートＬｓの面内速度（Ｘ軸方向の速度ＶｘおよびＹ軸方向の速度Ｖｙ）と、面外速度（Ｚ軸方向の速度Ｖｚ）とよりなる３成分速度ベクトルを、照射面の各位置に対応して算出することができる。

以上のようにしてレーザーシートＬｓの照射面内における３成分速度ベクトルが算出されると、主トラバーサ２３および第１、第２副トラバーサ２４Ａ，２４Ｂを一定の位置関係を保ってＺ軸方向に移動させることで、つまりレーザーシートＬｓおよび第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂを一定の位置関係を保ってＺ軸方向に移動させることで、レーザーシートＬｓでＺ軸方向にずれた照射面を照射し、その新たな照射面の各位置における３成分速度ベクトルを算出する。図１には、粒子画像流速測定装置１５の照射面が物体１２の前端（上流端）側の位置にある状態が実線で示され、物体１２の後端（下流端）側の位置にある状態が鎖線で示される。

この操作をＺ軸方向に所定距離ずつ離間する複数の照射面について実行した結果をＺ軸方向に積み重ねることで、物体１２の周囲の３次元空間の全ての３成分速度ベクトルを測定することができ、これより物体１２の周囲に形成される速度場を詳細に測定することができる。

尚、レーザーシートＬｓの位置を軸線Ｚ方向に移動させながら照射面に分布するトレーサ粒子の画像を順次取得するため、各画像が取得された時刻は異なったものとなるが、物体の周囲の流れを定常流として計測するため、前記時刻のずれは問題とはならない。

ところで、仮に第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂの位置を固定し、レーザーシート照射手段３１だけをＺ軸方向に移動させた場合、レーザーシート照射手段３１の移動に伴って第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂとの相対的な位置関係が変化するため、第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂの画像から得られた二つの２成分速度ベクトルから３成分速度ベクトルを算出する際のキャリブレーションがレーザーシートＬｓの位置を移動させる毎に異なってしまい、そのキャリブレーション工数が増加する問題がある。

しかしながら本実施の形態によれば、レーザーシート照射手段３１および第１、第２ＣＣＤカメラ３２Ａ，３２Ｂが一定の位置関係を保ってＺ軸方向に移動するため、レーザーシートＬｓの位置が移動する度にキャリブレーションを実行する必要をなくしてキャリブレーション工数を軽減することができる。

次に、図８に基づいてトレーサ粒子供給手段１３の構造を説明する。

トレーサ粒子供給手段１３は２個の噴霧ノズル４１，４１を組み合わせた衝突噴流式ノズル４２を備える。２個の噴霧ノズル４１，４１は実質的に同一構造であって、中心のオイル噴出口４３と、オイル噴出口４３の周囲を囲む環状の空気噴出口４４とを備えており、各々の軸線が鈍角で交差するように配置される。

圧縮空気を供給する圧縮空気供給源４５とオイル（ＤＯＳ）を貯留するオイルタンク４６とが第１空気通路４７で接続されており、オイルタンク４６と２個の噴霧ノズル４１，４１のオイル噴出口４３，４３とがオイル通路４８で接続される。また圧縮空気供給源４５と２個の噴霧ノズル４１，４１の空気噴出口４４，４４とが第２空気通路４９で接続される。オイルタンク４６には第１圧力センサ５０が設けられるとともに、その上流の第１空気通路４７に可変圧力制御弁よりなる第１圧力調整手段５１が設けられる。また第２空気通路４９には第２圧力センサ５２が設けられるとともに、その上流に第２圧力調整手段５３が設けられる。

電子制御ユニット５４は、第１圧力センサ５０および第２圧力センサ５２からの圧力信号に基づいて、第１圧力調整手段５１および第２圧力調整手段５３の作動を制御する。

図９は、衝突噴流式ノズル４２に供給される圧縮空気の圧力（縦軸）と、衝突噴流式ノズル４２に供給されるオイルの圧力（５本の特性ライン参照）と、オイルの流量（横軸）と、トレーサ粒子の粒径（各特性ライン上の数字参照）との関係を示すマップである。このマップを用いると、所望の粒径のトレーサ粒子を得るための圧縮空気の圧力と、オイルの圧力とを知ることができる。

例えば、トレーサ粒子の粒径を３．６μｍにしたいとき、圧縮空気の圧力を０．４ＭＰａにし、オイルの圧力０．０５ＭＰａにすれば良く、そのときのオイルの流量は毎時３２リットルとなる。あるいは圧縮空気の圧力を０．２ＭＰａにし、オイルの圧力０．０１ＭＰａにしても、トレーサ粒子の粒径を３．６μｍにすることができ、そのときのオイルの流量は毎時１９リットルに減少する。

以上のようにして、図９のマップから、オイルの所定流量でトレーサ粒子の目標粒径を得るための圧縮空気の圧力およびオイルの圧力が検索されると、図８の電子制御ユニット５４により、第１圧力センサ５０で検出したオイルの圧力が前記マップの検索値に一致するように第１圧力調整手段５１の作動をフィードバック制御するとともに、第２圧力センサ５２で検出した空気の圧力が前記マップの検索値に一致するように第２圧力調整手段５３の作動をフィードバック制御することで、衝突噴流式ノズル４２から目標粒径のトレーサ粒子を安定して発生させることができる。

図１０に示すように、ラスキンノズルによるトレーサ粒子は粒径は均一であるが粒径が小さいという問題があり、グリコール気化器によるトレーサ粒子は粒子寿命が小さく粒子濃度の管理が困難であるという問題があり、超音波霧化器によるトレーサ粒子は粒径が大きくて均一であるがオイル（ＤＯＳ）を使用することができずに粒子寿命が短いという問題がある。

それに対して本実施の形態によれば、オイル（ＤＯＳ）を用いてトレーサ粒子発生させることができ、しかもトレーサ粒子は粒径が大きく、かつ大きすぎて物体１２の表面に付着する問題もない。また空気圧およびオイル圧を変化させることで粒径を容易に制御することができる。

図１１はトレーサ粒子の粒径と、その粒径のトレーサ粒子の体積比との関係を示すもので、本実施の形態によれば、従来例に比べて粒径の大きいトレーサ粒子の比率が増加していることが分かる。

また表１にはラスキンノズルによるトレーサ粒子の粒径（液圧：ＮＡ、気圧：０．２ＭＰａ）と、液圧および気圧を種々に異ならせた本実施の形態によるトレーサ粒子の粒径とを、算術平均（Ｄ１０）およびザウター平均（Ｄ３２）により算出した結果を示すものである。表１からも、本実施の形態によるトレーサ粒子の粒径がラスキンノズルによるトレーサ粒子の粒径を上回っていることが分かる。

図１２はレーザー光の強度とピークレシオとの関係を示すもので、レーザー光の強度が低い領域でも、本実施の形態のピークレシオが従来例のピークレシオを約３割上回っていることが分かる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では第１、第２圧力調整手段５１，５３を可変圧力制御弁で構成しているが、それを上流側のレギュレータと下流側の開閉弁との組合せで構成することができる。

また実施の形態では第１空気通路４７に第１圧力調整手段５１を設けているが、それをオイル通路４８に設けても良く、その場合には第１圧力センサ５０はオイル通路４８における第１圧力調整手段５１の下流側に設けられる。

１２物体
１３トレーサ粒子供給手段
３２Ａ第１ＣＣＤカメラ（撮像手段）
３２Ｂ第３ＣＣＤカメラ（撮像手段）
４１噴霧ノズル
４２衝突噴流式ノズル
４３オイル噴出口
４４空気噴出口
４５圧縮空気供給源
４６オイルタンク
４７第１空気通路
４８オイル通路
４９第２空気通路
５０第１圧力センサ
５１第１圧力調整手段
５２第２圧力センサ
５３第２圧力調整手段
５４電子制御ユニット（制御手段）

Claims

物体（１２）の周囲の流れ場にトレーサ粒子供給手段（１３）からオイル微粒子よりなるトレーサ粒子を供給し、トレーサ粒子にレーザー光を照射して反射光を撮像手段（３２Ａ，３２Ｂ）で撮像し、得られたトレーサ粒子の画像に基づいて流れ場の状態を測定する粒子画像流速測定装置において、
前記トレーサ粒子供給手段（１３）は、
オイルが噴出するオイル噴出口（４３）の周囲を空気が噴出する空気噴出口（４４）で囲んだ２個の噴霧ノズル（４１）の軸線を相互に交差させた衝突噴流式ノズル（４２）と、
圧縮空気を供給する圧縮空気供給源（４５）と、
オイルを貯留するオイルタンク（４６）と、
前記圧縮空気供給源（４５）の空気を前記オイルタンク（４６）に供給してオイルを加圧する第１空気通路（４７）と、
前記オイルタンク（４６）の加圧されたオイルを前記衝突噴流式ノズル（４２）の二つのオイル噴出口（４３）に供給するオイル通路（４８）と、
前記圧縮空気供給源（４５）の空気を前記衝突噴流式ノズル（４２）の二つの空気噴出口（４４）に供給する第２空気通路（４９）と、
前記第１空気通路（４７）および前記オイル通路（４８）の少なくとも一方に設けられた第１圧力調整手段（５１）と、
前記第１圧力調整手段（５１）の下流に設けられて、前記オイル噴出口（４３）に供給されるオイルの圧力を検出する第１圧力センサ（５０）と、
前記第２空気通路（４９）に設けられた第２圧力調整手段（５３）と、
前記第２圧力調整手段（５３）の下流に設けられて、前記空気噴出口（４４）に供給される圧縮空気の圧力を検出する第２圧力センサ（５２）と、
前記第１圧力調整手段（５１）の作動および前記第２圧力調整手段（５３）の作動を制御する制御手段（５４）とを備え、
前記制御手段（５４）は、前記空気噴出口（４４）に供給される圧縮空気の圧力と、前記オイル噴出口（４３）に供給されるオイルの圧力と、該オイル噴出口（４３）に供給されるオイルの流量と、トレーサ粒子の粒径との関係を示すマップから、オイルの所定流量でトレーサ粒子の目標粒径を得るための圧縮空気の圧力とオイルの圧力とを検索し、前記第１圧力センサ（５０）で検出したオイルの圧力が前記マップの検索値に一致するように前記第１圧力調整手段（５１）の作動をフィードバック制御するとともに、前記第２圧力センサ（５２）で検出した圧縮空気の圧力が前記マップの検索値に一致するように前記第２圧力調整手段（５３）の作動をフィードバック制御することを特徴とする、粒子画像流速測定装置におけるトレーサ粒子発生装置。