JPH02262065A - 流速測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シート状レーザ光等のシート光により、流体
の流れの計４１１を行う流速測定装置に係り、特に２枚
のシート光を走査することにより流体の三次元の流れを
計測するために好適な流速測定装置に関する。

〔従来の技術〕

複数枚のシート光により流体の流れを計測する従来技術
は、例えば特開昭６０−１１１１６５号公報に記載のよ
うに、一定間隔を持った２枚のシート光間を粒子が通過
する時間を測定するものであり、流体の流れの方向が決
まっている流体の測定を行うものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来技術は、渦の断面などの三次元性の強い複雑な
流れの計測に関しての配慮がなされておらず、定常な、
−次元的な流れしか測定できない問題があった。

本発明の目的は、三次元性の強い流れを短時間で計測可
能な流速測定装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的は、異なった波長の２枚のシート光を発生する
シート光発生装置と、前記２枚のシート光を相異なった
速度で走査するシート光走査装置と、流体と同一速度で
運動している粒子により得られる散乱光の異なった特定
の波長の光を撮影する２台１組の撮影装置と、前記２台
の撮影装置で撮影された画像より得られた粒子の軌跡の
長さを比較、演算する処理装置とを備えて構成したこと
により、達成される。

（作用〕 流体中の粒子と、シート光との相対速度の大小により、
撮影装置によって撮影される粒子の軌跡の長さが変化す
る。

そこで、本発明では異なる波長の２枚のシート光を相異
なる速度で走査させる。

ついで、各々のシート光が流体中の粒子に照射されたと
きに発生する散乱光を、２台の撮影装置でそれぞれ独立
に撮影する。

そして、前記２台の撮影装置で撮影された画像で得られ
た粒子の軌跡の長さを処理装置で比較。

演算することにより、粒子の速度を求めることができる
。

これにより、三次元性の強い流れを短時間で計測するこ
とが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第７図により説明する
。

第１図は本発明流速測定装置の原理を示す図である。

この第１図に示す原理図では、２枚のシート光１０１ａ
、１０１ｂと、トレーサ粒子１０２と、２台の撮影装置
１０３ａ、１０３ｂと、撮影装置１０３ａ、１０３ｂに
設けたれたフィルタ１０４ａ　。

１０４ｂとを有している。

前記シート光１０１ａ、１０１ｂは、例えばそれぞれ異
なった波長のレーザ光であり、それぞれ速度Ｖａ　、Ｖ
ｂでＸ方向へ移動する。

前記トレーサ粒子１０２は、シート光を透過した時に、
散乱光を発生するもので、例えば２枚のシート光１０１
ａ、１０１ｂに、ある角度を持った速度ｖｌＩで運動し
ている。

前記撮影装置１０３ａ、１０３ｂは、例えばカメラであ
り、トレーサ粒子１０２の散乱光を撮影する。

前記フィルタ１０４ａ、１０４ｂのうちの、方のフィル
タ１０４ａはシート光１０１ｂによる散乱光を透過させ
ないようになっており、他方のフィルタ１０４ｂはシー
ト光１０１ａによる散乱光を透過させないようになって
いる。

第２図及び第３図は散乱光を撮影した画像を示す図であ
る。

この第２図及び第３図において、２０１ａはシート光１
０１ａにより散乱光を撮影した画像、２０１ｂはシート
光１０１ｂによる散乱光を撮影した画像である。２０２
ａ、２０２ｂはトレーサ粒子の軌跡である。この第２図
に示した画像より流速を求める。

シート光の厚みをｄとすると、トレーサ粒子がシート光
１０１ａ、１０１ｂを通過する時間ｔａ。

ｔｂは、それぞれ ｄ　　・　　　　　ｄ ｔａ＝　　　　　　　ｊｂ： ｖ＋ａｘ−Ｖａ　　　　　　　’　　　　ＶＩＩＸ　　
　Ｖｂである。ゆえに、トレーサ粒子の軌跡２０２ａ。

２０２ｂの長さＬａ　＝　Ｌｂは、 ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｄＬａ＝　　
　　　　　　　　８　ｖｍｙｚ　　　ｌｂ＝　　　　　
　　　　　　＠　　Ｖ＋ａｙｚ’Ｖ＠ｘ　　　　Ｖ＠　
　　　　　　　　　　　　　　　　ＶＩＩＸ　　　　Ｖ
ｌ。

ただし％ＶＩＩＦ□＝２−フとなる。

例えば、シート光の走査速度をＶａ　＝−Ｖｂ　＝Ｖｓ
　とすると、 Ｖ　ａｘ　−Ｖ　ｓ　　　　　　　　　　　Ｖ　１１ｘ
　＋　　Ｖ　５であり、上式より Ｌ　ａ　＋　Ｌ　ｂ Ｖ　ｗｒ　ｘ　＝　　　　　　　　　　Ｖ　ｓＬａ　　
Ｉ−ｂ が求まり、トレーサ粒子の軌跡２０２　ａ　、　２０２
ｂとシート光の厚さｄ、移動速度ＶａｌＶｂより三次元
の速度計測を行うことができる。

第４図は前記原理に基づく流速測定装置の一実施例を示
す斜視図である。

この第５図に示す実施例の流速測定装置は、測窓用風洞
３０１と、トラバース用レール３０２と、シート光発生
装置３０３と、撮影装置３０４と、２枚のシート光３０
６ａ、３０６ｂと、制御装置３０７と、レーザ光源３０
８とを備えて構成されている。

前記測定用風洞３０１の内部には、測定対象物３０５が
設置されており、この実施例の流速測定装置では、前記
測定対象物３０５の周りの気流を測定するようになって
いる。

前記トラバース用レール３０２上には、シート光発生装
置３０３が載置されている。

前記シート光発生袋＠３０３は、２枚のシート光３０６
ａ、３０６ｂを発生する機能と、前記トラバース用リー
ル３０２上を移動するための駆動装置とを備えている。

前記撮影装置３０４は、２枚のシート光３０６ａ。

３０６ｂにより散乱光を発生するトレーサ粒子（第１図
中の符号１０２参照）の軌跡を撮影するようになってい
る。

前°記２枚のシート光３０６ａ、３０６ｂは、例えば相
異なった波長のレーザ光（青と緑）をシート状に拡げた
ものである。

前記制御装置３０７は、シート光発生装置３０３の制御
および撮影装置３０４から画像を受は取り、比較、演算
やデータの蓄積を行うようになっている。

前記レーザ光源３０８は、例えば相異なる２波長以上の
レーザ光を発振可能に構成され、このレーザ光源３０８
より発生したレーザ光は、光ファイバによりシート光発
生装置３０３へ導かれる。

第５図は撮影装置の構成を示す図である。

この第５図に示す撮影装置３０４は、レンズ４０１と、
選択色反射ミラー４０２と、全反射ミラー４０３と、２
台のテレビカメラ４０４ａ。

４０４ｂとを有して構成されている。

この撮影装置３０４において、トレーサ粒子の散乱光は
、レンズ４０１を経て平行光となり、選択色反射ミラー
４０２へ導かれる。

前記選択色反射ミラー４０２は、例えば青色のみ反射す
るものであり、このため青色の光は全反射ミラー４０３
により再び反射し、テレビカメラ４０４ａへ導かれ、そ
れ以外の色（波長）の光はテレビカメラ４０４ａへ導か
れる。

第６図はシート光発生装置の構成を示す図で、第４図に
示す測定対象物の位置より見上げた図である。

この第６図に示すシート光発生装置３０２は、駆動装置
５０１と、２条平行に設けられた直線移動機構５０２ａ
、５０２ｂと、各直線移動機構５０２ａ、５０２ｂに搭
載された直線移動テーブル５０３ａ、５０３ｂと、各直
線移動テーブル５０３ａ、５０３ｂに取り付けられた三
角柱ミラー５０４ａ、５０４ｂおよびシリンドリカルレ
ンズ５０５ａ、５０５ｂと、光ファイバ５０９に対峙さ
せて設けられたレンズ５０８と、選択色反射ミラー５０
７と、全反射ミラー５０６とを有して構成されている。

前記駆動装置５０１は、外部より与えられた位置目標値
情報に追従してトラバース用レール３０２上を移動し、
シート光発生装置３０３を指定位置へ移動させる。

前記直線移動機構５０２ａ、５０２ｂは、外部より与え
られた速度目標値情報に従って直線移動テーブル５０３
ａ、５０３ｂを指定速度で直線移動させる。

前記三角柱ミラー５０４ａ、５０４ｂとシリンドリカル
レンズ５０５ａ、５０５ｂの組は、第６図の図上右側よ
り入射した平行光線をシリンドリカルレンズ５０５ａ、
５０５ｂによりシート状とし、三角柱ミラー５０４ａ、
５０４ｂにより垂直上向きに曲げ、垂直なシート光を生
成する。

前記光ファイバ５０９は、第４図に示すレーザ光源３０
８から発せられた多色光（青と緑）のレーザ光をシート
光発生装置３０３に導き、前記レンズ５０８はそのレー
ザ光を集光し、前記選択色反射ミラー５０７と全反射ミ
ラー５０６とは前記レーザ光を青と緑に分離し、前記シ
リンドリカルレンズ５０５ａ、５０５ｂに導く。

第７図は制御装置の構成を示す図である。

この第７図に示す制御装置３０７は、中央処理装置６０
１と、画像処理装置６０２ａ、６０２ｂと、コンソール
デイスプレィ６０３と、入力装置６０４と、記憶装置６
０５と、移動制御装置６０６とを備えている。

前記中央処理装置６０１は、画像処理装置６０２ａ。

６０２ｂから画像信号を受は取り、２枚のシート光より
得られたトレーサ粒子の軌跡の長さを比較。

演算する。また、この中央処理装置６０１は各部に指令
を送る。

前記画像処理装置６０２ａ、６０２ｂは、テレビカメラ
４０４ａ、４０４ｂで捕えた画像信号をディジタル信号
に変換し、中央処理装置６０１で処理できるようにする
。

前記コンソールデイスプレィ６０３は、計測結果の表示
等に使用する。

前記入力装置６０４は、操作者により計８１す開始の指
示等を与える。

前記記憶装置６０５は、計測結果の記録に使用する。

前記移動制御装置６０６は、シート光発生装置３０３に
対し、位置目標値や、シート光運動速度の指示を行う。

次に、前記実施測りかかる流速測定装置の動作について
説明する。

まず、操作者は制御装置３０７に対し、測定開始の指示
を与える。

制御装置３０７の指示により、シート光発生装置３０３
は測定位置まで移動する。次に制御装置３０７は、シー
ト光発生装置３０３内の直線移動機４１５０２ａ、５０
２ｂに対してそれぞれ異なった速度の速度指令値を与え
て、シート光３０６ａ。

３０６ｂを動かす。

レーザ光がトレーサ粒子（第１図の符号１０２参照）に
よって散乱され、得られる散乱光は、撮影装置３０４で
捕えられ、電気信号へ変換された後１画像処理装置６０
２ａ、６０２ｂによりディジタル信号に変換される。

ついで、中央処理装置６０１では前記画像処理装置６０
２ａ、６０２ｂからデータを受は取り。

前記第１図、第２図及び第３図の原理のところで説明し
た処理、演算を行い、速度データを求め、記憶装置６０
５に記憶させて行く。

以上の処理を、シート光発生装置３０３を数カ所にわた
って移動させて行うことにより、三次元空間内の三次元
流れの測定を行うことができる。

以上の実施例においては、多色の光源を用い、光学的な
フィルタによって光を分離するようにしているが、光源
と撮影装置部分に、同期して動作する高速なシャッタを
付加することにより、光−色光源を用いてもフィルタを
付加したことと同等の機能を発揮させることができる。

また、本発明では２枚のシート光を交互に点灯するパル
ス状シート光とし、前記撮影装置３０４に対し、前記点
灯に同期して開閉するシャッタを設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、異なる波長の２枚のシー
ト光を相異なる速度で走査させ、各々のシート光が流体
中の粒子に照射されたときに発生する散乱光を２台の撮
影装置でそれぞれ独立に撮影し、その撮影された画像で
得られた粒子の軌跡の長さを処理装置で比較、演算する
ことにより、粒子の速度を求めるようにしているので、
三次元性の強い流れを短時間で計測し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明流速測定装置の原理を示す図、第２図及
び第３図は第１図に示す原理に基づき２台の撮影装置に
よって得られる画像情報を示す図、第４図は本発明の一
実施例を示す一部破断斜視図、第５図は第４図に示す実
施例における撮影装置の構成を示す図、第６図は同じく
シート光発生装置の構成を示す図、第７図は同じく制御
装置の構成を示す図である。 ３０１・・・測定用風洞、３０２・・・トラバース用レ
ール、３０３・・・シート光発生装置、３０４・・・撮
影装置、３０５　・・・測定対象物、３０６　ａ　、　
３０６　ｂ　−・シート光、３０７・・・制御装置、３
０８・・・レーザ光源。 第 ！ 第 凹 ′４３０ １０１Ｌ、、ＺＪ２ｂ−−−ｋＬ−’ワ°ｌ−％／ｌＱ
へ、Ｍ−第 因 第 第 乙 ａ３ 一−−Ｌ−１尤都ｉ鏝！ １５′ｏｆｌ −一一先フマづノ＼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、異なつた波長の２枚のシート光を発生するシート光
   発生装置と、前記２枚のシート光を相異なつた速度で走
   査するシート光走査装置と、流体と同一速度で運動して
   いる粒子により得られる散乱光の異なつた特定の波長の
   光を撮影する２台１組の撮影装置と、前記２台の撮影装
   置で撮影された画像により得られた粒子の軌跡の長さを
   比較、演算する処理装置とを備えて構成したことを特徴
   とする流速測定装置。