JPH11211743A - 速度場計測装置 - Google Patents
速度場計測装置Info
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- JPH11211743A JPH11211743A JP1573498A JP1573498A JPH11211743A JP H11211743 A JPH11211743 A JP H11211743A JP 1573498 A JP1573498 A JP 1573498A JP 1573498 A JP1573498 A JP 1573498A JP H11211743 A JPH11211743 A JP H11211743A
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- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、移動粒子が分布する速度場におけ
る、二次元平面内の粒子の速度を多点計測する速度場計
測装置に関し、高速な移動粒子による速度場の計測にも
適合した小型の速度場計測装置を提供する。 【解決手段】半導体レーザ１１１，１１２と、その半導
体レーザから出射したレーザ光をシート状に広げて移動
粒子が分布する速度場を照射する照射光学系１３１，１
３２と、シート状に広げられたレーザ光１４１，１４２
により照射された速度場内の、レーザ光により照らされ
たシート面内の粒子を撮影して粒子分布画像を得る２台
のＣＣＤカメラ１５１，１５２と、半導体レーザから所
望の時間間隔でレーザ光を２回ずつ発光させるととも
に、各半導体レーザにつき２回の発光タイミングにおけ
る粒子分布画像が２台のＣＣＤカメラで分担して得られ
るように、半導体レーザの発光タイミングおよび２台の
ＣＣＤカメラの画像取得タイミングを制御するタイミン
グスケジューラ１７１と、上記２台のＣＣＤカメラで得
られた２枚の粒子分布画像に基づいて粒子速度分布を求
めるコンピュータ１６１とを備えた。
る、二次元平面内の粒子の速度を多点計測する速度場計
測装置に関し、高速な移動粒子による速度場の計測にも
適合した小型の速度場計測装置を提供する。 【解決手段】半導体レーザ１１１，１１２と、その半導
体レーザから出射したレーザ光をシート状に広げて移動
粒子が分布する速度場を照射する照射光学系１３１，１
３２と、シート状に広げられたレーザ光１４１，１４２
により照射された速度場内の、レーザ光により照らされ
たシート面内の粒子を撮影して粒子分布画像を得る２台
のＣＣＤカメラ１５１，１５２と、半導体レーザから所
望の時間間隔でレーザ光を２回ずつ発光させるととも
に、各半導体レーザにつき２回の発光タイミングにおけ
る粒子分布画像が２台のＣＣＤカメラで分担して得られ
るように、半導体レーザの発光タイミングおよび２台の
ＣＣＤカメラの画像取得タイミングを制御するタイミン
グスケジューラ１７１と、上記２台のＣＣＤカメラで得
られた２枚の粒子分布画像に基づいて粒子速度分布を求
めるコンピュータ１６１とを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動粒子が分布す
る速度場における、二次元平面内に分布する粒子の速度
を多点計測する速度場計測装置に関する。
る速度場における、二次元平面内に分布する粒子の速度
を多点計測する速度場計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】粒子速度を計測する技術が様々な分野で
必要とされている。例えば、エンジンの噴射装置から噴
射された燃料の速度分布を計測し燃料噴射装置の改良に
役立てられている。上記のような粒子速度を計測する手
法には、大きく分けて、“Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈ
ｔ”による方法とドップラシフトによる方法とがあり、
“Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ”による方法の代表例
としてＰＩＶ（ＰａｒｔｉｃｌｅＩｍａｇｅ Ｖｅｌｏ
ｃｉｍｅｔｒｙ）法がある。このＰＩＶ法は、ダブルパ
ルスレーザにより、その間における粒子の移動距離を計
測し、その移動距離から速度を計算する速度場計測法で
ある。
必要とされている。例えば、エンジンの噴射装置から噴
射された燃料の速度分布を計測し燃料噴射装置の改良に
役立てられている。上記のような粒子速度を計測する手
法には、大きく分けて、“Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈ
ｔ”による方法とドップラシフトによる方法とがあり、
“Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ”による方法の代表例
としてＰＩＶ（ＰａｒｔｉｃｌｅＩｍａｇｅ Ｖｅｌｏ
ｃｉｍｅｔｒｙ）法がある。このＰＩＶ法は、ダブルパ
ルスレーザにより、その間における粒子の移動距離を計
測し、その移動距離から速度を計算する速度場計測法で
ある。
【０００３】図３は、ＰＩＶ法を採用した従来の速度場
計測装置の構成図である。ここには、光源として、短時
間間隔を置いてパルスレーザ光を２回発光するデュアル
ＹＡＧレーザ１１が備えられており、そのデュアルＹＡ
Ｇレーザ１１で発光したレーザ光はリレー用光学系１２
ａ，１２ｂを経由し、さらに、レーザ光をシート状に広
げる照射光学系１３を経由してシート状に広げられ、そ
のシート状に広げられたレーザ光１４が、移動粒子が分
布する速度場に向けて照射される。
計測装置の構成図である。ここには、光源として、短時
間間隔を置いてパルスレーザ光を２回発光するデュアル
ＹＡＧレーザ１１が備えられており、そのデュアルＹＡ
Ｇレーザ１１で発光したレーザ光はリレー用光学系１２
ａ，１２ｂを経由し、さらに、レーザ光をシート状に広
げる照射光学系１３を経由してシート状に広げられ、そ
のシート状に広げられたレーザ光１４が、移動粒子が分
布する速度場に向けて照射される。
【０００４】そのレーザ光１４によるシート面の一部の
画角１４ａの、レーザ光１４の照射により光った粒子の
画像がＣＣＤカメラ１５で撮影され、それにより得られ
た粒子分布画像はコンピュータ１６内に取り込まれる。
デュアルＹＡＧレーザ１１からは、上述したように短か
い時間間隔を置いてパルスレーザ光が２回発光し、ＣＣ
Ｄカメラ１５ではその発光のタイミングに合わせて撮影
された２枚の粒子分布画像が取り込まれ、コンピュータ
１６内では、それら２枚の粒子分布画像に映った粒子の
移動状況がとらえられ、各粒子毎の速度ベクトル、ある
いはその速度内の平均的な速度ベクトル等が求められ
る。
画角１４ａの、レーザ光１４の照射により光った粒子の
画像がＣＣＤカメラ１５で撮影され、それにより得られ
た粒子分布画像はコンピュータ１６内に取り込まれる。
デュアルＹＡＧレーザ１１からは、上述したように短か
い時間間隔を置いてパルスレーザ光が２回発光し、ＣＣ
Ｄカメラ１５ではその発光のタイミングに合わせて撮影
された２枚の粒子分布画像が取り込まれ、コンピュータ
１６内では、それら２枚の粒子分布画像に映った粒子の
移動状況がとらえられ、各粒子毎の速度ベクトル、ある
いはその速度内の平均的な速度ベクトル等が求められ
る。
【０００５】シンクロナイザ１７は、デュアルＹＡＧレ
ーザ１１による２回の発光タイミング、およびコンピュ
ータ１６を介しての、ＣＣＤカメラ１５による画像撮影
のタイミングを制御している。
ーザ１１による２回の発光タイミング、およびコンピュ
ータ１６を介しての、ＣＣＤカメラ１５による画像撮影
のタイミングを制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図３に示す速度場計測
装置により、ＰＩＶ法による速度場計測を行なうことが
できるが、例えばデュアルＹＡＧレーザ１１が極めて大
型であるなど、大型の装置であり、また、ＣＣＤカメラ
１５は、１／６０秒よりも短い時間間隔では画像を取り
込むことはできず、高速な移動粒子による速度場を対象
とした計測には不向きである。
装置により、ＰＩＶ法による速度場計測を行なうことが
できるが、例えばデュアルＹＡＧレーザ１１が極めて大
型であるなど、大型の装置であり、また、ＣＣＤカメラ
１５は、１／６０秒よりも短い時間間隔では画像を取り
込むことはできず、高速な移動粒子による速度場を対象
とした計測には不向きである。
【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、高速な移動粒
子による速度場の計測にも適合した小型の速度場計測装
置を提供することを目的とする。
子による速度場の計測にも適合した小型の速度場計測装
置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の速度場計測装置は、半導体レーザと、その半導体レ
ーザから出射したレーザ光をシート状に広げて、移動粒
子が分布する速度場を照射する照射光学系と、シート状
に広げられたレーザ光により照射された速度場内の、該
レーザ光により照らされたシート面内の粒子を撮影して
粒子分布画像を得る２台のカメラと、上記半導体レーザ
から所望の時間間隔でレーザ光を２度発光させるととも
に、上記２台のカメラで分担して、２回の発光タイミン
グにおける粒子分布画像が得られるように、上記半導体
レーザの発光タイミングおよび上記２台のカメラの画像
取得タイミングを制御するタイミングスケジューラと、
上記２台のカメラで得られた２枚の粒子分布画像に基づ
いて粒子速度を求める演算部とを備えたことを特徴とす
る。
明の速度場計測装置は、半導体レーザと、その半導体レ
ーザから出射したレーザ光をシート状に広げて、移動粒
子が分布する速度場を照射する照射光学系と、シート状
に広げられたレーザ光により照射された速度場内の、該
レーザ光により照らされたシート面内の粒子を撮影して
粒子分布画像を得る２台のカメラと、上記半導体レーザ
から所望の時間間隔でレーザ光を２度発光させるととも
に、上記２台のカメラで分担して、２回の発光タイミン
グにおける粒子分布画像が得られるように、上記半導体
レーザの発光タイミングおよび上記２台のカメラの画像
取得タイミングを制御するタイミングスケジューラと、
上記２台のカメラで得られた２枚の粒子分布画像に基づ
いて粒子速度を求める演算部とを備えたことを特徴とす
る。
【０００９】本発明は、光源に半導体レーザを採用した
ことにより、小型化を図ることができ、かつ、発光時間
間隔が自由に調整されたパレスレーザ光を発光すること
ができる。また、本発明は、例えばＣＣＤカメラ等のカ
メラを２台備えたものであるため、それぞれのカメラ
は、例えば１／６０秒よりも短い時間間隔で画像を取り
込むことができないものであっても、２台のカメラに各
１枚の粒子分布画像の取得を分担させることにより、さ
らに短かい時間間隔の２枚の粒子分布画像を得ることが
できる。
ことにより、小型化を図ることができ、かつ、発光時間
間隔が自由に調整されたパレスレーザ光を発光すること
ができる。また、本発明は、例えばＣＣＤカメラ等のカ
メラを２台備えたものであるため、それぞれのカメラ
は、例えば１／６０秒よりも短い時間間隔で画像を取り
込むことができないものであっても、２台のカメラに各
１枚の粒子分布画像の取得を分担させることにより、さ
らに短かい時間間隔の２枚の粒子分布画像を得ることが
できる。
【００１０】したがって本発明によれば、高速な移動粒
子の速度場の計測にも適した小型の速度場計測装置を構
成することができる。ここで、上記本発明の速度場計測
装置において、速度場内にレーザ光による２枚のシート
面が形成されるように、上記半導体レーザと上記照射光
学系との組を２組備え、上記タイミングスケジューラ
が、２台の半導体レーザについて相互に異なるタイミン
グであって、かつ各半導体レーザそれぞれから所望の時
間間隔で２回ずつレーザ光を発光し、各半導体レーザが
発光した各２回のタイミングにおける粒子分布画像が各
カメラで各１回ずつ得られるように、２台の半導体レー
ザの発光タイミングおよび前記２台のカメラの画像取得
タイミングを制御するものであることが好ましい。
子の速度場の計測にも適した小型の速度場計測装置を構
成することができる。ここで、上記本発明の速度場計測
装置において、速度場内にレーザ光による２枚のシート
面が形成されるように、上記半導体レーザと上記照射光
学系との組を２組備え、上記タイミングスケジューラ
が、２台の半導体レーザについて相互に異なるタイミン
グであって、かつ各半導体レーザそれぞれから所望の時
間間隔で２回ずつレーザ光を発光し、各半導体レーザが
発光した各２回のタイミングにおける粒子分布画像が各
カメラで各１回ずつ得られるように、２台の半導体レー
ザの発光タイミングおよび前記２台のカメラの画像取得
タイミングを制御するものであることが好ましい。
【００１１】例えば燃料噴射装置から噴射された燃料の
飛散粒子の速度場計測においては、その速度場は、非定
常流の速度場であり、一回の噴射ごとに微妙に異なるこ
とになり、本来は一回の噴射における三次元的な速度分
布をほぼ同時に知ることが好ましいが、同時に少なくと
も二面の速度分布を得ることが好ましい。本発明の速度
場計測装置において上記の構成を備えると、二面の速度
分布を計測することができる。
飛散粒子の速度場計測においては、その速度場は、非定
常流の速度場であり、一回の噴射ごとに微妙に異なるこ
とになり、本来は一回の噴射における三次元的な速度分
布をほぼ同時に知ることが好ましいが、同時に少なくと
も二面の速度分布を得ることが好ましい。本発明の速度
場計測装置において上記の構成を備えると、二面の速度
分布を計測することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の速度場計測装置の一実施形
態を示す構成図である。ここには、２つの半導体レーザ
１１１，１１２が備えられており、これらの半導体レー
ザ１１１，１１２から発せられた各レーザ光は各照射光
学系１３１，１３２によりシート状に広げられ、そのシ
ート状に広げられたレーザ光１４１，１４２が、移動粒
子が分布する速度場に向けて照射される。ここでは、粒
子は、全体としては矢印Ｘ方向、すなわちレーザ光によ
るシート面内を移動する方向に流れているものとする。
説明する。図１は、本発明の速度場計測装置の一実施形
態を示す構成図である。ここには、２つの半導体レーザ
１１１，１１２が備えられており、これらの半導体レー
ザ１１１，１１２から発せられた各レーザ光は各照射光
学系１３１，１３２によりシート状に広げられ、そのシ
ート状に広げられたレーザ光１４１，１４２が、移動粒
子が分布する速度場に向けて照射される。ここでは、粒
子は、全体としては矢印Ｘ方向、すなわちレーザ光によ
るシート面内を移動する方向に流れているものとする。
【００１３】またここには２台のＣＣＤカメラ１５１，
１５２が備えられており、これらのＣＣＤカメラ１５
１，１５２では、レーザ光１４１，１４２による２枚の
シート面の各一部の画角１４１ａ，１４２ａの、レーザ
１４１，１４２の照射により光った粒子による画像が撮
影される。ＣＣＤカメラ１５１，１５２で得られた粒子
分布画像はコンピュータ１６１内に取り込まれる。
１５２が備えられており、これらのＣＣＤカメラ１５
１，１５２では、レーザ光１４１，１４２による２枚の
シート面の各一部の画角１４１ａ，１４２ａの、レーザ
１４１，１４２の照射により光った粒子による画像が撮
影される。ＣＣＤカメラ１５１，１５２で得られた粒子
分布画像はコンピュータ１６１内に取り込まれる。
【００１４】スケジューラ１７１は、２つの半導体レー
ザ１１１，１１２の発光タイミングおよび２台のＣＣＤ
カメラ１５１，１５２による画像取得タイミングを制御
する。図２は、図１に示す速度場計測装置における２つ
の半導体レーザ１１１，１１２の発光タイミングにおよ
び２台のＣＣＤカメラ１５１，１５２による画像取得の
タイミングを示すタイミングチャートであり、図２
（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、ＣＣＤカメラ１５１，１
５２による撮影タイミングをあらわし、ＬＤ１１１，Ｌ
Ｄ１１２で示す各パルスは、それぞれ、半導体レーザ１
１１，１１２による発光タイミングをあらわしている。
ザ１１１，１１２の発光タイミングおよび２台のＣＣＤ
カメラ１５１，１５２による画像取得タイミングを制御
する。図２は、図１に示す速度場計測装置における２つ
の半導体レーザ１１１，１１２の発光タイミングにおよ
び２台のＣＣＤカメラ１５１，１５２による画像取得の
タイミングを示すタイミングチャートであり、図２
（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、ＣＣＤカメラ１５１，１
５２による撮影タイミングをあらわし、ＬＤ１１１，Ｌ
Ｄ１１２で示す各パルスは、それぞれ、半導体レーザ１
１１，１１２による発光タイミングをあらわしている。
【００１５】各ＣＣＤカメラ１５１，１５２はタイミン
グｔ1 でシャッタオン（露光の受付開始）となり、タイ
ミングｔ2 でシャッタオフ（露光の受付禁止）となる。
その間、半導体レーザ１１１，１１２から１００μｓｅ
ｃ幅のパルスレーザ光が、２００μｓｅｃの時間間隔で
２回ずつ、１／６０ｓｅｃピッチで交互に発光される。
この場合、コンピュータ１６１内では、半導体レーザ１
１１から２００μｓｅｃ間隔で発せられた２つのパルス
レーザ光による、各ＣＣＤカメラ１５１，１５２で得ら
れた２枚の粒子分布画像により、シート状レーザ光１４
１の画角１４１ａ内の粒子速度分布が求められ、これと
同様に、半導体レーザ１１２から２００μｓｅｃ間隔で
発せられた２つのパルスレーザ光による、各ＣＣカメラ
１５１，１５２で得られた２枚の粒子分布画像により、
シート状レーザ光１４２の画角１４２ａ内の粒子速度分
布が求められる。
グｔ1 でシャッタオン（露光の受付開始）となり、タイ
ミングｔ2 でシャッタオフ（露光の受付禁止）となる。
その間、半導体レーザ１１１，１１２から１００μｓｅ
ｃ幅のパルスレーザ光が、２００μｓｅｃの時間間隔で
２回ずつ、１／６０ｓｅｃピッチで交互に発光される。
この場合、コンピュータ１６１内では、半導体レーザ１
１１から２００μｓｅｃ間隔で発せられた２つのパルス
レーザ光による、各ＣＣＤカメラ１５１，１５２で得ら
れた２枚の粒子分布画像により、シート状レーザ光１４
１の画角１４１ａ内の粒子速度分布が求められ、これと
同様に、半導体レーザ１１２から２００μｓｅｃ間隔で
発せられた２つのパルスレーザ光による、各ＣＣカメラ
１５１，１５２で得られた２枚の粒子分布画像により、
シート状レーザ光１４２の画角１４２ａ内の粒子速度分
布が求められる。
【００１６】尚、上記の実施形態には、半導体レーザと
照射光学系との組が２組備えられているが、本発明は、
これらの組を２組備えることは必ずしも必要ではなく、
ひと組のみ備えたものであってもよい。
照射光学系との組が２組備えられているが、本発明は、
これらの組を２組備えることは必ずしも必要ではなく、
ひと組のみ備えたものであってもよい。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速度粒子の速度場の計測にも適した小型の速度場計測
装置を構成することができる。
高速度粒子の速度場の計測にも適した小型の速度場計測
装置を構成することができる。
【図１】本発明の速度場計測装置の一実施形態を示す構
成図である。
成図である。
【図２】図１に示す速度場計測装置における２つの半導
体レーザの発光タイミングにおよび２台のＣＣＤカメラ
による画像取得のタイミングを示すタイミングチャート
である。
体レーザの発光タイミングにおよび２台のＣＣＤカメラ
による画像取得のタイミングを示すタイミングチャート
である。
【図３】ＰＩＶ法を採用した従来の速度場計測装置の構
成図である。
成図である。
１１１，１１２ 半導体レーザ １３１，１３２ 照射光学系 １４１，１４２ レーザ光 １４１ａ，１４２ａ 画角 １５１，１５２ ＣＣＤカメラ １６１ コンピュータ １７１ スケジューラ
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体レーザと、 該半導体レーザから出射したレーザ光をシート状に広げ
て、移動粒子が分布する速度場を照射する照射光学系
と、 シート状に広げられたレーザ光により照射された速度場
内の、該レーザ光により照らされたシート面内の粒子を
撮影して粒子分布画像を得る２台のカメラと、 該半導体レーザから所望の時間間隔でレーザ光を２度発
光させるとともに、前記２台のカメラで分担して、２回
の発光タイミングにおける粒子分布画像が得られるよう
に、前記半導体レーザの発光タイミングおよび前記２台
のカメラの画像取得タイミングを制御するタイミングス
ケジューラと、 前記２台のカメラで得られた２枚の粒子分布画像に基づ
いて粒子速度を求める演算部とを備えたことを特徴とす
る速度場計測装置。 - 【請求項２】 速度場内にレーザ光による２枚のシート
面が形成されるように、前記半導体レーザと前記照射光
学系との組を２組備え、 前記タイミングスケジューラが、２台の半導体レーザに
ついて相互に異なるタイミングであって、かつ各半導体
レーザそれぞれから所望の時間間隔で２回ずつレーザ光
を発光し、各半導体レーザが発光した各２回のタイミン
グにおける粒子分布画像が各カメラで各１回ずつ得られ
るように、前記２台の半導体レーザの発光タイミングお
よび前記２台のカメラの画像取得タイミングを制御する
ものであることを特徴とする請求項１記載の速度場計測
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1573498A JPH11211743A (ja) | 1998-01-28 | 1998-01-28 | 速度場計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1573498A JPH11211743A (ja) | 1998-01-28 | 1998-01-28 | 速度場計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211743A true JPH11211743A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11897004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1573498A Pending JPH11211743A (ja) | 1998-01-28 | 1998-01-28 | 速度場計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211743A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005275305A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 高速度連続撮影システム、高速度連続撮影方法、撮影画像偏差校正システム、撮影画像偏差校正方法、コンピュータプログラム、移動ベクトル算出システム、および移動ベクトル算出方法 |
| WO2006006250A1 (ja) * | 2004-07-13 | 2006-01-19 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 流体流動計測システム、流体流動計測方法およびコンピュータプログラム |
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-
1998
- 1998-01-28 JP JP1573498A patent/JPH11211743A/ja active Pending
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