JPH0439580Y2 - - Google Patents

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JPH0439580Y2
JPH0439580Y2 JP6866886U JP6866886U JPH0439580Y2 JP H0439580 Y2 JPH0439580 Y2 JP H0439580Y2 JP 6866886 U JP6866886 U JP 6866886U JP 6866886 U JP6866886 U JP 6866886U JP H0439580 Y2 JPH0439580 Y2 JP H0439580Y2
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JP
Japan
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image
slit light
light irradiation
particles
velocity
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  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は粒子を含む流体が3次元空間を流動す
る際の運動状態を解析する装置に係り、特に微粉
炭管内や燃焼排ガスダクト内、ボイラ用バーナ装
置の風箱内などの流体の3次元運動を好適に解析
する装置に関するものである。
[Detailed description of the invention] (Field of industrial application) This invention relates to a device for analyzing the motion state of a fluid containing particles flowing in a three-dimensional space, and is particularly applicable to pulverized coal pipes, combustion exhaust gas ducts, boilers, etc. The present invention relates to a device that suitably analyzes the three-dimensional movement of fluid in a wind box of a burner device.

(従来の技術) 従来、流体の速度を計測する装置としては、ピ
トー管、熱線流速計、プロペラ流速計等の接触型
流速計と、レーザードツプラ流速計、超音波流速
計等の非接触型流速計が知られている。接触型流
速計はプローブの挿入により、流れの場を乱し易
く、多点同時計測が困難である。非接触型流速計
は流れを乱すことはないものの、多点同時計測
は、やはり困難である。また、これらの流速計を
用いて、複雑な3次元流の速度分布を求めるのは
非常に多くの労力を要する。
(Prior art) Conventionally, devices for measuring fluid velocity include contact-type flowmeters such as pitot tubes, hot-wire flowmeters, and propeller flowmeters, and non-contact flowmeters such as laser Doppler flowmeters and ultrasonic flowmeters. Current meters are known. Contact-type current meters tend to disturb the flow field by inserting probes, making simultaneous measurement at multiple points difficult. Although non-contact current meters do not disturb the flow, simultaneous measurement at multiple points is still difficult. Further, it requires a great deal of effort to obtain the velocity distribution of a complicated three-dimensional flow using these current meters.

一方、粒子が散在している流体では、その粒子
の速度を計測することにより、流れ場の様子を明
らかにすることができる。以下に述べる方法は従
来の非接触型流速計とは異なり、流体中に混在し
た粒子をトレーサとして、流れを可視化した後、
その画像データを用いて粒子の速度すなわち流体
の流れ場の全容を、定量的に明らかにするもので
ある。
On the other hand, in a fluid where particles are scattered, the state of the flow field can be clarified by measuring the velocity of the particles. The method described below differs from conventional non-contact flow meters in that it visualizes the flow using particles mixed in the fluid as tracers.
This image data is used to quantitatively clarify the particle velocity, that is, the entire fluid flow field.

可視化画像データから粒子の速度を求める装置
の第1の例としては第6図および第8図に示す構
成のものがある〔小林、佐賀:画像処理による流
れ場の解析:日本機械学会、第604回講習会教材
(流体工学の分野におけるコンピユータ利用技
術)〕。すなわち、この方法はトレーサ粒子を含む
流れ場を、露光時刻制御装置52により露光時刻
を各々制御された3台のカメラ、50a,50
b,50cで撮影する。その際、カメラ50aで
は第7図に示すように、時刻t0から時刻t4まで露
光され、流跡像が撮影される。カメラ50bでは
時刻t0からΔt2時間遅れて、ΔT2だけ露光され、
瞬間像が得られる。カメラ50cでは時刻t3から
ΔT3時間露光された瞬間像が撮影される。すなわ
ち、カメラ50bは始点像、カメラ50cは終点
像を得るものである。この3枚の写真は第8図に
示すように、TVカメラ54で再撮影し、ADコ
ンバータ5でデイジタル信号に変換して画像処理
部4に入力する。画像処理部4では第9図に示す
フローで信号処理し、速度ベクトルを算出する。
まず、入力されたままの画像データは数十〜数
百段階の明度を有する濃淡画像であるから、これ
らを適当なしきい値で2値化する(画像データ
)。次に流跡画像はその輪郭を求め、始点およ
び終点画像はその重心位置のみを記録する(画像
データ)。流跡像の輪郭63内に、始点64、
終点65が各々ただ1個ずつ存在するときは始点
から終点に向けて、その粒子が移動したわけであ
り、その間の時間は第7図からt3−t2であり、2
次元速度ベクトル67が得られる。
The first example of a device for determining particle velocity from visualized image data is one with the configuration shown in Figures 6 and 8 [Kobayashi, Saga: Analysis of flow fields by image processing: Japan Society of Mechanical Engineers, No. 604 Seminar materials (computer utilization techniques in the field of fluid engineering)]. That is, in this method, a flow field containing tracer particles is controlled by three cameras, 50a and 50, each having its exposure time controlled by an exposure time control device 52.
Shoot with b, 50c. At this time, as shown in FIG. 7, the camera 50a is exposed to light from time t0 to time t4 , and a trail image is photographed. The camera 50b is exposed by ΔT 2 with a delay of Δt 2 hours from time t 0 ,
An instantaneous image can be obtained. The camera 50c captures an instantaneous image exposed for ΔT 3 hours from time t3 . That is, the camera 50b obtains a starting point image, and the camera 50c obtains an end point image. As shown in FIG. 8, these three photographs are taken again by the TV camera 54, converted into digital signals by the AD converter 5, and input to the image processing section 4. The image processing unit 4 performs signal processing according to the flow shown in FIG. 9 and calculates a velocity vector.
First, since the input image data is a grayscale image having brightness levels ranging from several tens to hundreds of levels, this data is binarized using an appropriate threshold value (image data). Next, the outline of the trail image is determined, and only the center of gravity positions are recorded for the start point and end point images (image data). Within the contour 63 of the trail image, a starting point 64,
When there is only one end point 65, the particle moves from the start point to the end point, and the time in between is t 3 −t 2 from FIG. 7, and 2
A dimensional velocity vector 67 is obtained.

従来技術の第2の例としては、装置構成は第8
図と同じであるが、ただ1台のカメラを用い、第
10図に示すように流跡像を撮影するための露光
開始時にストロボを発光させ、始点の像を強調し
て流跡像に重ねた写真を得る方法がある。このよ
うにして得られた第11図の写真を第8図に示す
装置に第1の例と同様に入力する。第1の例と同
じく、流跡像68および始点像69を2値化し、
流跡像からは輪郭像を求め、始点像はその重心を
求める。流跡輪郭像の中にただ1個の始点像重心
を含み、かつ始点像の輪郭が適正な形状であるこ
と等により、始点像と流跡像とを対応させる。流
跡像から粒子の移動距離が、始点像から流動方向
が明らかになり、2次元速度ベクトルが得られ
る。この第2の例は、第1の例が3枚の写真を必
要としたのに対して、ただ1枚の写真から速度ベ
クトルを得ることができるものである。
As a second example of the prior art, the device configuration is
Although it is the same as the figure, only one camera is used, and as shown in Figure 10, a strobe is fired at the beginning of the exposure to capture the trail image, and the image at the starting point is emphasized and superimposed on the trail image. There is a way to get a photo. The photograph shown in FIG. 11 thus obtained is input into the apparatus shown in FIG. 8 in the same manner as in the first example. As in the first example, the trail image 68 and the starting point image 69 are binarized,
A contour image is obtained from the trail image, and its center of gravity is obtained from the starting point image. The starting point image and the trail image are made to correspond to each other by including only one starting point image center of gravity in the trail contour image and by ensuring that the outline of the starting point image has an appropriate shape. The travel distance of the particle is determined from the trail image, and the flow direction is determined from the starting point image, and a two-dimensional velocity vector is obtained. This second example allows the velocity vector to be obtained from just one photo, whereas the first example required three photos.

第3の例としては、第12図に示す方法があ
る。第1および第2の例が、カメラにより写した
写真をTVカメラで再度撮影するのに対して、第
3の例では、流れ場の粒子を直接、TVカメラ5
4a,54bで撮影し、流跡信号処理器へ入力
し、流跡信号を得るとともに始点像を記録してお
き、この2つの情報から第1、第2の例と同様に
速度ベクトルを算出する。第3の例では、ホスト
コンピユータ55は主として演算を、外部メモリ
56は画像データの記録に用いる。第3の例で
は、TVカメラ2台を互いに直交するように配し
ており、3次元的な速度ベクトルを得ることがで
きる。
A third example is the method shown in FIG. In the first and second examples, the picture taken by the camera is taken again by the TV camera, whereas in the third example, the particles in the flow field are directly captured by the TV camera 5.
4a and 54b, input it to the trail signal processor, obtain a trail signal, and record the starting point image. From these two pieces of information, calculate the velocity vector in the same way as in the first and second examples. . In the third example, the host computer 55 is mainly used for calculations, and the external memory 56 is used for recording image data. In the third example, two TV cameras are arranged orthogonal to each other, and a three-dimensional velocity vector can be obtained.

第4の例としては、本願出願人が昭和61年4月
7日に日本特許庁に出願した未公知の第13図に
示す方法がある。この方法は撮影装置としては
TVカメラ1台を用い、スリツト光7で照明され
た空間の粒子8の運動状態を画像データとして画
像処理部4に入力して、流れ場の速度分布を求め
るものである。粒子の画像データから速度を算出
するには前述した第3の例と同様に、始点像と一
定時刻毎に入力された粒子の画像データを重ね合
わせて得られる流跡像と、最後に入力された終点
画像の3つの画像情報から第14図の方法によ
り、3次元的な速度を算出する。最初に入力され
た始点濃淡画像40a,40bを2値化して、始
点2値画像42a,42bを得、画像メモリ26
bに記録する。次に入力された濃淡画像も2値化
し、画像メモリ26b′に記録する。第2の2値化
画像の記録された画像メモリ26b′と始点2値画
像の記録された画像メモリ26bとの間で論理和
をとり画像メモリ26b′に記録する。ここに、
「論理和をとる」とは数学分野における集合演算
の1つであり、和集合を求める操作を意味する。
このとき、始点2値画像の記録された画像メモリ
26bの内容が変化しないようにしておく必要が
ある。このように定まつた時間間隔で順次入力さ
れてくる濃淡画像を2値化して、前画像との論理
和をとると流跡の2値画像44a〜dを得る。ま
た、最後に入力された画像から終点2値画像43
a,43bを得る。
As a fourth example, there is an unknown method shown in FIG. 13, which was filed by the applicant of the present invention with the Japan Patent Office on April 7, 1986. This method is used as a photographic device.
Using one TV camera, the state of motion of particles 8 in a space illuminated by slit light 7 is input as image data to image processing section 4, and the velocity distribution of the flow field is determined. To calculate the velocity from particle image data, as in the third example described above, a trajectory image obtained by superimposing the starting point image and the particle image data input at certain times, and the last input image The three-dimensional velocity is calculated from the three image information of the final point image using the method shown in FIG. The first input starting point gray images 40a, 40b are binarized to obtain starting point binary images 42a, 42b, and the image memory 26
Record in b. Next, the input grayscale image is also binarized and recorded in the image memory 26b'. A logical sum is obtained between the image memory 26b' in which the second binary image is recorded and the image memory 26b in which the starting point binary image is recorded and is recorded in the image memory 26b'. Here,
"Calculating a logical sum" is one of the set operations in the field of mathematics, and means an operation to obtain a union.
At this time, it is necessary to ensure that the contents of the image memory 26b in which the starting point binary image is recorded do not change. By binarizing the grayscale images that are inputted sequentially at fixed time intervals in this manner and performing a logical sum with the previous image, binary images 44a to 44d of trails are obtained. Also, from the last input image to the end point binary image 43
a, 43b are obtained.

次に、流跡2値画像44a〜dと始点2値画像
42a,42b、および前記流跡2値画像44a
〜dと終点2値画像43a,43bとの論理積か
ら粒子の始点および終点を決定する。「論理積」
とは、前述論理和と同様、数学分野における集合
演算の1つであり、積集合を求める操作を意味す
る。画像メモリ26bと画像メモリ26b′の間で
論理積をとり、その結果を画像メモリ26bに記
録することにすれば、演算の後の画像メモリ26
bには、始点2値画像42a,42bと流跡2値
画像44a〜dとを重ね合わせて、その重複した
部分のみが取出されて記録される。この段階で、
始点2値画像42aの重心が流跡2値画像44a
の始点となり、流跡44bの始点は42bとな
る。流跡44cおよび44dは対応する始点がな
いことも明らかとなる。同様にして、流跡2値画
像44a〜dの記録されている画像メモリ26
b′と終点2値画像43a,43bの記録されてい
る画像メモリ26b″との間で、論理積演算を行な
い、その結果を画像メモリ26b″に記録する。こ
の段階で画像メモリ26b″に記録されている画像
は、終点2値画像43a,43bと流跡2値画像
44a〜dとの重複部分であり、終点2値画像4
3a,43bはそれぞれ流跡44a,44cの終
点であることがわかる。流跡44b,44dは対
応する終点がないことも明らかになる。ここで、
内部にただ1つの始点と終点を持つ流跡44aだ
けを選別し、その始点42aと終点43aの重心
位置および入力される画像の枚数、撮影周期か
ら、スリツト光で照明された平面の速度ベクトル
45を算出することができる。一方、流跡2値画
像のうち、始点および終点のいずれをも含まない
流跡2値画像44dは、始点画像撮影時刻以後に
スリツト光領域に入り、終点画像撮影時刻以前に
その領域を出た粒子であるから、スリツト光の厚
さWと流跡44dを構成する入力画像数を与えれ
ば、照明された平面状空間に垂直な方向の分速度
46を得ることができる。スリツト光の厚みW等
はあらかじめ定数として設定しておくことも可能
であるが、コンソール16から必要に応じて入力
することも可能になつている。要するに上述した
第4の例は、TVカメラ1台で、スリツト光照射
平面の2次元速度ベクトルと前記平面に垂直な速
度ベクトルを得ることができる。すなわち、3次
元速度ベクトルを得るものである。
Next, the trail binary images 44a to 44d, the starting point binary images 42a, 42b, and the trail binary image 44a
The starting point and ending point of the particle are determined from the AND of ~d and the end point binary images 43a and 43b. "Logical AND"
Like the above-mentioned disjunction, is one of the set operations in the field of mathematics, and means an operation to obtain an intersection set. If it is decided to perform a logical product between the image memory 26b and the image memory 26b' and record the result in the image memory 26b, the image memory 26 after the operation
b, the starting point binary images 42a, 42b and the trace binary images 44a to 44d are superimposed, and only the overlapping portion is extracted and recorded. At this stage,
The center of gravity of the starting point binary image 42a is the trail binary image 44a
, and the starting point of the trail 44b is 42b. It also becomes clear that trails 44c and 44d have no corresponding starting point. Similarly, the image memory 26 stores the trail binary images 44a to 44d.
An AND operation is performed between b' and the image memory 26b'' in which the end point binary images 43a and 43b are recorded, and the result is recorded in the image memory 26b''. The images recorded in the image memory 26b'' at this stage are the overlapping portions of the end point binary images 43a, 43b and the trail binary images 44a to 44d, and the end point binary image 4
It can be seen that 3a and 43b are the end points of trails 44a and 44c, respectively. It also becomes clear that the trails 44b, 44d have no corresponding end points. here,
Select only the trajectory 44a that has only one starting point and one ending point inside, and use the center of gravity positions of the starting point 42a and ending point 43a, the number of input images, and the imaging cycle to calculate the velocity vector 45 of the plane illuminated by the slit light. can be calculated. On the other hand, among the trail binary images, the trail binary image 44d that does not include either the start point or the end point enters the slit light area after the start point image shooting time and exits the area before the end point image shooting time. Since they are particles, if the thickness W of the slit light and the number of input images forming the trajectory 44d are given, the minute velocity 46 in the direction perpendicular to the illuminated planar space can be obtained. Although it is possible to set the thickness W of the slit light as a constant in advance, it is also possible to input it from the console 16 as necessary. In short, in the fourth example described above, a two-dimensional velocity vector of the slit light irradiation plane and a velocity vector perpendicular to the plane can be obtained with one TV camera. That is, a three-dimensional velocity vector is obtained.

(考案が解決しようとする問題点) 上記従来技術のうち、第1および第2の例で
は、写真を介して画像処理部へ画像データを入力
しており、リアルタイムで処理できないこと、得
られる速度ベクトルは2次元であり、ボイラ火
炉、バーナからの噴流等、旋回を伴うような複雑
な3次元流には適用しにくいという問題がある。
また、第3の例では、リアルタイムで処理でき、
3次元的な流れも計測することができるが、2台
のTVカメラを必要とする上、TVカメラの焦点
深度の限界もあり、計測対象となるダクト、配管
等の大きさ、形状におのずと制限がある。第4の
例では台1〜台3の例に見られる問題点は克服さ
れるが、スリツト光照射平面に垂直な方向の粒子
速度を算出する際に、スリツト光照射平面の厚み
方向に急激に運動方向を変える粒子に対しては誤
差を生じる。すなわち、第15図−イの場合は正
常にスリツト光照射平面に垂直な方向の粒子速度
を算出できるが、同図ロの場合は誤りとなる。こ
のような誤差を極力小さくする第1の方法はスリ
ツト光の厚みを薄くして、スリツト光照射平面内
で、粒子が急激な方向変化を起こす確率を低くす
ることである。しかしながら、スリツト光の厚み
にもおのずと下限がある。第2の方法は、スリツ
ト光照射装置2の位置を、その照射した平面に直
角な方向に変化させて、それぞれスリツト光照射
装置位置に対応する速度分布を得た後、これらの
速度分布を比較し、周囲の速度ベクトルと矛盾を
きたす測定値は採用しないことである。従来、こ
の種の装置において、スリツト光照射装置の移動
は入力を中心に行なわれており、測定対象となる
スリツト光照射平面相互の距離および平行度を正
確に保持するのは非常に困難であり、また多くの
労力を必要としていた。
(Problems to be solved by the invention) Among the above-mentioned conventional techniques, in the first and second examples, image data is input to the image processing unit via a photograph, and it is impossible to process it in real time, and the speed that can be obtained is Vectors are two-dimensional, and there is a problem in that they are difficult to apply to complex three-dimensional flows that involve swirling, such as jets from boiler furnaces and burners.
Also, in the third example, it can be processed in real time,
Although it is possible to measure three-dimensional flows, it requires two TV cameras, and there is a limit to the depth of focus of the TV camera, which naturally limits the size and shape of the ducts, piping, etc. that can be measured. There is. In the fourth example, the problems seen in the examples of platforms 1 to 3 are overcome, but when calculating the particle velocity in the direction perpendicular to the slit light irradiation plane, there is a sudden change in the thickness direction of the slit light irradiation plane. Errors occur for particles that change their direction of motion. That is, in the case of FIG. 15-A, the particle velocity in the direction perpendicular to the slit light irradiation plane can be calculated normally, but in the case of FIG. 15-B, an error occurs. The first method for minimizing such errors is to reduce the thickness of the slit light to reduce the probability that the particles will undergo a sudden change in direction within the slit light irradiation plane. However, the thickness of the slit light naturally has a lower limit. The second method is to change the position of the slit light irradiation device 2 in a direction perpendicular to the irradiated plane, obtain velocity distributions corresponding to each slit light irradiation device position, and then compare these velocity distributions. However, measurements that are inconsistent with the surrounding velocity vector should not be adopted. Conventionally, in this type of device, the movement of the slit light irradiation device is centered on the input, and it is extremely difficult to accurately maintain the distance and parallelism between the slit light irradiation planes that are the objects of measurement. , which also required a lot of effort.

(問題点を解決するための手段) 本考案では上記問題点を解決するために、粒子
を含み空間内を移動する流体の運動を、粒子の移
動軌跡より解析する装置において、上記空間の微
小厚さの平面状空間を照射するスリツト光照射装
置と、照射された平面状空間内の粒子の移動を撮
影する撮影装置と、撮影された粒子の画像をデイ
ジタル信号に変換する装置と、デイジタル化され
た上記画像信号を取込み、記録し、かつ演算する
画像処理部と、この画像処理部からの信号により
スリツト光照射装置もしくは同装置のスリツト光
照射部を移動させる駆動装置とを備えた流体運動
解析装置を提供するものである。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides an apparatus for analyzing the motion of a fluid containing particles and moving in a space from the movement trajectory of the particles. A slit light irradiation device that illuminates a planar space, a photographic device that photographs the movement of particles in the irradiated planar space, a device that converts the photographed particle images into digital signals, and a digital A fluid motion analysis system comprising: an image processing unit that captures, records, and calculates the above-mentioned image signals; and a drive device that moves the slit light irradiation device or the slit light irradiation unit of the device based on the signals from the image processing unit. It provides equipment.

(作用) 複雑な3次元的な動きをする粒子の速度を算出
する際に、複数のスリツト光照射平面位置に対応
する、それぞれの速度分布を得た後、これらの速
度分布を比較し、周囲の速度ベクトルと矛盾をき
たす測定値を除去するというような操作をする場
合に必要な、スリツト光照射装置の移動を人手に
よらず、駆動装置によつているため、迅速、かつ
正確に行なうことができる。また、移動前後のス
リツト光照射平面相互の平行度の保持も容易とな
る。前記スリツト光照射平面相互の平行度が維持
できない場合は、速度ベクトルの算出位置に狂い
を生じ、得られたフローパターンは大幅な誤差を
含むことになるものである。
(Operation) When calculating the velocity of a particle that moves in a complex three-dimensional manner, after obtaining the respective velocity distributions corresponding to multiple slit light irradiation plane positions, these velocity distributions are compared, and the surrounding The movement of the slit light irradiation device, which is necessary when performing operations such as removing measured values that conflict with the velocity vector of I can do it. Furthermore, it becomes easy to maintain parallelism between the slit light irradiation planes before and after the movement. If the mutual parallelism of the slit light irradiation planes cannot be maintained, the calculated position of the velocity vector will be incorrect, and the obtained flow pattern will contain a large error.

(実施例) 第1図に本考案の実施例を示す。本考案は粒子
8を含む流体9が流れるダクト1内に、スリツト
光7を照射するスリツト光照射装置2、前記スリ
ツト光照射装置2を移動させる駆動装置12、照
射された平面を撮影する撮影装置3、ADコンバ
ータ5、画像処理部4とで、主に構成されてい
る。なお、画像処理は処理したい画像をTVカメ
ラ等で撮影し、そのアナログ信号をADコンバー
タでデイジタル化して、コンピユータに入力、す
なわちメモリに記録した後、目的とする演算を行
ない、その後DAコンバータでアナログ信号に変
換してモニタTV等の出力装置に出力するのが普
通である。したがつて、画像処理部4としては、
中央処理装置(CPU:Central Processing
Unit)を1個有し、画像データの記録が可能な
メモリを持つた汎用ミニコンピユータ装置あるい
はマイクロコンピユータ装置を用いることもでき
るが、第2図に示すようなシステム全体をマイク
ロコンピユータからなるシステムプロセツサ17
により制御し、画像を記録しておく画像メモリ2
6と画像間演算を行なう画像演算ユニツト25と
アドレスプロセツサ24から構成された画像プロ
セツサ23を、システムバス19を介して前記シ
ステムプロセツサ17に接続したものを用いるこ
とができる。
(Example) FIG. 1 shows an example of the present invention. The present invention includes a slit light irradiation device 2 that irradiates slit light 7 into a duct 1 through which a fluid 9 containing particles 8 flows, a drive device 12 that moves the slit light irradiation device 2, and a photographing device that photographs the irradiated plane. 3. It mainly consists of an AD converter 5 and an image processing section 4. In image processing, the image to be processed is taken with a TV camera, etc., the analog signal is digitized with an AD converter, inputted to a computer, that is, recorded in memory, the desired calculation is performed, and then the analog signal is converted to analog signal with a DA converter. It is normal to convert it into a signal and output it to an output device such as a TV monitor. Therefore, as the image processing section 4,
Central Processing Unit (CPU)
Although it is also possible to use a general-purpose minicomputer device or microcomputer device that has a memory capable of recording image data, the entire system as shown in Figure 2 can be constructed using a system processor consisting of a microcomputer. Setusa 17
Image memory 2 that records images and is controlled by
An image processor 23 comprising an image processing unit 6, an image processing unit 25 for performing inter-image processing, and an address processor 24 may be connected to the system processor 17 via a system bus 19.

撮影装置3としては通常TVカメラを用い、
ADコンバータ5を介して画像メモリ26に接続
されている。モニタTV6はDAコンバータ27
を介して画像メモリ26に接続されている。シス
テム制御のために、あるいは画像処理過程で用い
る定数データを入力するために、システムプロセ
ツサ17にはコンソールデイスプレイ16が接続
されている。本例では、システムバス19には、
補助メモリとしてフロツピーデイスク21、固定
デイスク22を接続することもできる。また、シ
ステムバス19には信号出力部11が接続されて
いる。スリツト光照射装置2の駆動装置12は制
御部13およびモータ14を備えており、制御部
13は信号ケーブル29を介して、画像処理部4
内の信号出力部11と接続されている。モータ1
4としては通常ステツプモータが使用される。モ
ータ14の回転は駆動軸73および伝達機構74
を介して、駆動装置12のレール72の上に位置
するスリツト光照射装置2の摺動に変換されるよ
うになつている。
As the photographing device 3, a TV camera is usually used.
It is connected to an image memory 26 via an AD converter 5. Monitor TV6 is DA converter 27
It is connected to the image memory 26 via. A console display 16 is connected to the system processor 17 for system control or for inputting constant data used in the image processing process. In this example, the system bus 19 includes:
A floppy disk 21 and a fixed disk 22 can also be connected as auxiliary memory. Further, the signal output section 11 is connected to the system bus 19 . The drive device 12 of the slit light irradiation device 2 includes a control section 13 and a motor 14, and the control section 13 connects the image processing section 4 via a signal cable 29.
It is connected to the signal output section 11 inside. Motor 1
4 is usually a step motor. The rotation of the motor 14 is caused by a drive shaft 73 and a transmission mechanism 74.
This is converted into a sliding movement of the slit light irradiation device 2 located on the rail 72 of the drive device 12 via the slit light irradiation device 2 .

まず、スリツト光照射装置の初期位置を設定す
る。初期位置の設定はシステムプロセツサ17が
あらかじめ入力されているデータに基づくか、ま
たはコンソール16から入力されるデータに基づ
いて、信号出力部11、信号ケーブル29を介し
て、駆動装置制御部13へ指令を発し、制御部1
3ではその指令に基づいてモータ14を動作せし
めることによつて実行される。
First, the initial position of the slit light irradiation device is set. The initial position is set by the system processor 17 based on data input in advance or based on data input from the console 16 to the drive device control unit 13 via the signal output unit 11 and signal cable 29. Issue a command and control unit 1
3 is executed by operating the motor 14 based on the command.

次に、スリツト光照射装置2によりダクト内に
スリツト光7を照射すれば、粒子8は光を反射す
るため微小な厚さWを有する平面状空間内の粒子
の運動状態を可視化、すなわちトレーサ粒子とし
て適当なものを選べば、ダクト内の流れ場を可視
化することができる。この平面状空間における粒
子の動きをスリツト光の平面に垂直な方向から撮
影装置3で撮影すれば、連続した瞬間画像を得る
ことができる。撮影装置3の画像信号をADコン
バータ5でデイジタル化し、画像処理部4の画像
メモリ26に連続して複数枚入力する。次に、従
来技術の第4の例で前述したものとほぼ同様の、
第14図に示す一連の画像処理操作を行なう。1
つのスリツト光照射平面において、速度ベクトル
を算出する処理が終了した時点で、システムプロ
セツサ17は信号出力部11を介して、再び駆動
装置制御部13へ、スリツト光照射装置2の移動
を指令する。スリツト光照射装置2が新しい位置
へ設定されたら再び、粒子画像を撮影して、その
平面の速度ベクトルを算出する。このような動作
を繰返し、注目する測定平面における速度ベクト
ルが、両隣の測定平面における速度ベクトルと矛
盾しないかをチエツクする。チエツクの方法は、
注目位置の前後左右および上下において、速度ベ
クトルの方向と大きさを比較することにより実施
される。このようにして、異状な値があれば、測
定値として採用しないことにする。
Next, when the slit light 7 is irradiated into the duct by the slit light irradiation device 2, the particles 8 reflect the light, so that the state of movement of the particles in the planar space having a minute thickness W can be visualized, that is, the tracer particles If you choose an appropriate one, you can visualize the flow field inside the duct. If the movement of particles in this planar space is photographed by the photographing device 3 from a direction perpendicular to the plane of the slit light, continuous instantaneous images can be obtained. The image signal of the photographing device 3 is digitized by the AD converter 5, and a plurality of images are successively input to the image memory 26 of the image processing section 4. Next, almost the same as that described above in the fourth example of the prior art,
A series of image processing operations shown in FIG. 14 are performed. 1
Upon completion of the process of calculating the velocity vectors on the two slit light irradiation planes, the system processor 17 again instructs the drive device control section 13 to move the slit light irradiation device 2 via the signal output section 11. . When the slit light irradiation device 2 is set to a new position, a particle image is photographed again and the velocity vector of the plane is calculated. This operation is repeated to check whether the velocity vector in the measurement plane of interest is consistent with the velocity vectors in the measurement planes on both sides. The method of checking is
This is performed by comparing the direction and magnitude of velocity vectors in the front, back, left, right, and top and bottom of the position of interest. In this way, if there is an abnormal value, it will not be adopted as a measured value.

また、本例のように、複数の画像メモリ26お
よびシステムプロセツサ17と独立した画像演算
ユニツト25を有する場合は、画像の入力とその
他の演算とを並列的に実施することもでき、スリ
ツト光照射装置2の移動指令は、画像の入力が完
了した時点で発しておくこともできる。このよう
な方法をとると速度ベクトルを算出する演算を実
行しながら、スリツト光照射装置2を次の測定位
置に設定することができ、多数の面を測定する場
合は、総測定時間を短縮することができる。
In addition, as in this example, when the image processing unit 25 is independent of a plurality of image memories 26 and the system processor 17, image input and other calculations can be performed in parallel, and the slit light The movement command for the irradiation device 2 can also be issued at the time when the image input is completed. By using this method, it is possible to set the slit light irradiation device 2 to the next measurement position while executing the calculation to calculate the velocity vector, and when measuring a large number of surfaces, the total measurement time can be shortened. be able to.

本考案の第2の実施例を第3図に示す。本実施
例はスリツト光照射装置を発光部30とスリツト
光照射部32に分割し、その間を光伝送ケーブル
で接続し、駆動装置12にはスリツト光照射部3
2を設置したものである。本実施例では、駆動装
置12にかかる重量が軽減でき、モータ14の小
型化、消費動力の低減を図ることができる。ま
た、主として電気をエネルギー源とする発光部を
流体9から離すことができ、安全面からも有利と
なる。
A second embodiment of the invention is shown in FIG. In this embodiment, the slit light irradiation device is divided into a light emitting section 30 and a slit light irradiation section 32, which are connected by an optical transmission cable.
2 was installed. In this embodiment, the weight of the drive device 12 can be reduced, the motor 14 can be made smaller, and power consumption can be reduced. Furthermore, the light emitting section, which uses electricity as its energy source, can be separated from the fluid 9, which is advantageous from a safety standpoint.

本考案の第3の実施例を第4図および第5図に
示す。発光器33の周囲は発光部ケーシング34
で囲まれているが、一方向だけは開放されてい
る。この開放された面に、スリツト36を有する
しやへい板35が設けられ、発光器33の発する
光はスリツト36を通つてスリツト光7となり、
ダクト1内に照射される。しやへい板35の一部
にはラツク37が設けられ、ピニオン38を介し
て、モータ14で駆動される。モータ14は前述
の第1および第2の実施例と同様、駆動装置制御
部13に接続されている。本例ではシステムプロ
セツサ17からの指令を受けて、最終的には、し
やへい板35が移動し、スリツト光7の位置を変
えることになる。第3の実施例では、前述した2
つの例よりもさらにモータ14の小型化、消費動
力の低減を図ることができる。
A third embodiment of the invention is shown in FIGS. 4 and 5. The light emitting unit casing 34 surrounds the light emitter 33.
It is surrounded by a fence, but only one side is open. A shield plate 35 having a slit 36 is provided on this open surface, and the light emitted from the light emitter 33 passes through the slit 36 and becomes slit light 7.
The inside of the duct 1 is irradiated. A rack 37 is provided on a part of the shield plate 35 and is driven by the motor 14 via a pinion 38. The motor 14 is connected to the drive device control section 13 as in the first and second embodiments described above. In this example, in response to a command from the system processor 17, the shield plate 35 is finally moved to change the position of the slit light 7. In the third embodiment, the above-mentioned two
The motor 14 can be made smaller and the power consumption can be further reduced than in the two examples.

(考案の効果) 本考案によれば、複雑な3次元の動きをする粒
子の速度を算出する際に、複数のスリツト光照射
平面位置に対応する速度分布をそれぞれ得た後、
これらの速度分布を比較し、周囲の速度ベクトル
と矛盾をきたすような測定値を除去する場合に必
要なスリツト光照射装置の移動を人手によらず、
画像処理部により制御される駆動装置によつてい
るため、移動のタイミングが適切となり、また方
向、距離の制御も容易となる。したがつて、移動
に要する時間の短縮化、移動前後のスリツト光照
射平面相互の平行度および距離を正確に保持する
ことが可能となり、省力化、測定精度の向上に大
いに寄与するものである。
(Effects of the invention) According to the invention, when calculating the velocity of a particle that moves in a complex three-dimensional manner, after obtaining velocity distributions corresponding to a plurality of slit light irradiation plane positions,
When comparing these velocity distributions and removing measured values that are inconsistent with the surrounding velocity vectors, the movement of the slit light irradiation device, which is necessary, can be done without manual intervention.
Since it is based on a drive device controlled by an image processing section, the timing of movement is appropriate, and direction and distance can be easily controlled. Therefore, it becomes possible to shorten the time required for movement and to accurately maintain the parallelism and distance between the slit light irradiation planes before and after movement, which greatly contributes to labor saving and improvement in measurement accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本考案の実施例を説明するための全
体構成図、第2図は、第1図における画像処理装
置の詳細図、第3図は、本考案の第2の実施例を
説明する図、第4図は、本考案の第3の実施例
図、第5図は、第4図のA−A′断面図、第6図
は、従来技術の説明図、第7図は、第6図の従来
技術の動作説明図、第8図は、従来技術説明図、
第9図は、第8図における従来技術における処理
の流れを示す図、第10図は、従来技術の第2の
例の動作説明図、第11図は、従来技術の第2の
例において得られる結果を示す図、第12図は、
従来技術の第3の例の説明図、第13図は、本願
考案者らが出願中の未公知の技術の説明図、第1
4図は、第13図に示した技術における処理のフ
ローを示す図、第15図は、第13図のB−
B′断面図の一部を示す図である。 1……ダクト、2……スリツト光照射装置、3
……撮影装置、4……画像処理装置、5……AD
コンバータ、7……スリツト光、8……粒子、9
……流体、10……流動方向、11……スリツト
光照射装置に対する信号出力部、12……駆動装
置、13……駆動装置制御部、14……モータ、
15……移動方向。
FIG. 1 is an overall configuration diagram for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed diagram of the image processing device in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention. 4 is a diagram showing the third embodiment of the present invention, FIG. 5 is a sectional view taken along line A-A' in FIG. 4, FIG. 6 is an explanatory diagram of the prior art, and FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the prior art; FIG. 8 is an explanatory diagram of the prior art;
FIG. 9 is a diagram showing the processing flow in the prior art in FIG. 8, FIG. 10 is an explanatory diagram of the operation of the second example of the prior art, and FIG. Figure 12 shows the results obtained.
FIG. 13 is an explanatory diagram of the third example of the prior art, and FIG.
4 is a diagram showing the processing flow in the technique shown in FIG. 13, and FIG. 15 is a diagram showing the flow of processing in the technique shown in FIG. 13.
It is a figure which shows a part of B' cross-sectional view. 1...Duct, 2...Slit light irradiation device, 3
...Photographing device, 4...Image processing device, 5...AD
converter, 7... slit light, 8... particle, 9
... Fluid, 10 ... Flow direction, 11 ... Signal output section for the slit light irradiation device, 12 ... Drive device, 13 ... Drive device control section, 14 ... Motor,
15...Movement direction.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 粒子を含み空間内を移動する流体の運動を、粒
子の移動軌跡より解析する装置において、上記空
間の微小厚さの平面状空間を照射するスリツト光
照射装置と、照射された平面状空間内の粒子の移
動を撮影する撮影装置と、撮影された粒子の画像
をデイジタル信号に変換する装置と、デイジタル
化された上記画像信号を取込み、記録し、かつ演
算する画像処理装置と、この画像処理装置からの
信号によりスリツト光照射装置もしくは同装置の
スリツト光照射部を移動させる駆動装置とを備え
たことを特徴とする粒子を含み空間を移動する流
体の運動解析装置。
In a device that analyzes the movement of a fluid containing particles and moving in a space based on the movement trajectory of the particles, a slit light irradiation device that irradiates a planar space with a minute thickness in the space, and a slit light irradiation device that irradiates a planar space with a minute thickness in the space, A photographing device that photographs the movement of particles, a device that converts the photographed image of the particles into a digital signal, an image processing device that captures, records, and calculates the digitalized image signal, and this image processing device. 1. A motion analysis device for a fluid containing particles and moving in space, comprising a drive device that moves a slit light irradiation device or a slit light irradiation section of the device in response to a signal from the slit light irradiation device.
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