JPS63103940A - 流れの可視化情報検出方法 - 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】 １０発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、トレーサによって入射光を散乱させ流れを可
視化すると共にその散乱光の強度並びに変動から流れの
定性的、定母的情報を検出する方法の改良に関する。更
に詳述すると、本発明は、二次散乱などによる散乱光の
減衰の影響を補正して実際の散乱光強度に近似した値を
検出し得る可視化情報検出方法に関する。

（従来の技術） 流れの可視化、特に非定常な流れの可視化に効果的な手
法として、微粒子或いは微細気泡から成るトレーサを均
一！！度で分散させた液体で流れ場を形成し、この流れ
場に光を照射して前記トレーサでその入射光を散乱させ
、この散乱光の強度によって流れを定量的に可視化する
方法が提案された（特開昭５９−８７，３６９号、同５
９−８７゜３４０号、同５９−８７，３４４号）。この
方法によれば、トレーサの粗密に伴う散乱光の強度およ
びその変動によって形成される画像には流れ場の濃度お
よびその変動並びに流速などの各種定性約定量的情報が
含まれていることから、画像を解析しおるいはそのまま
モニタテレビなどを使って出力し可視化すれば、トレー
サの動き即ち流れの挙動を非接触下にリアルタイムで追
跡できる。このため、一平面内における流れの現象、流
れ方向等は勿論のこと、異なる断面の画像を同時に検出
できれば三次元方向における定性的情報も正確に知るこ
とができる。しかも、十分微細でかつ均質なトレーサ４
によって散乱する光の強度は単位体積中のトレーサ個数
即ちトレーサ密度に比例すると考えられ、それは散乱光
の強度が濃度に対応することを意味することから、トレ
ーサ４の粗密に伴う散乱光の強弱によって瞬間々々の濃
度及び濃度分布をも同時に目視観察できかつ定量的に測
定ないし記録できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、検出散乱光は、任意断面おいて散乱した
光の一部がカメラに到達する前に他のトレーサに衝突し
て二次散乱を起したり、水およびトレーサ自体に吸収さ
れてしまうため、減衰し実際の散乱光強度と異なるもの
となってしまう。このことは、厳密な意味では散乱光強
度と気泡数密度とが比例してないことを意味し、流れ場
の局部における変動を定量的に測定する場合には何ら問
題ないが、流れ場の全域あるいは異なるセクション間に
おける流れの変動を定量的に測定しようとする場合、特
にトレーサを多量に投入した場合には、散乱光の強度に
誤差を生じ測定密度を低下させる虞があるので無視でき
ない。

そこで、本発明は、流れ場内における散乱光の減衰を補
正して実際の値に近似した散乱光強度を検出し得る流れ
の可視化情報検出方法を提供することを目的とする。

■０発明の構成 （問題点を解決するための手段） 斯かる目的を達成するためには、本発明の流れの可視化
情報検出方法は、微細粒子あるいは微細気泡から成るト
レーサを均一な濃度で分散させた流体で流れ場を再現す
ると共にこの流れ場を相互に異なる波長帯域の複数種の
スリット光を照射して測定対象域の他に幾つかの断面を
照明光のトレーサに因る散乱によって同時に可視化し、
各セクションの流れを波長帯域毎に撮像して各流れ場の
散乱光強度を検出する一方、測定対象域を除く他の流れ
場の散乱光強度から各セクションにおける近似的な単位
体積当りの散乱・吸収断面積を求め、これから各セクシ
ョンを通過する際の散乱光の減衰量を求めて測定対象域
の測定散乱光強度を補正し、実際の値に近似した散乱光
強度を検出し得るようにしている。

（実　施　例） まず、本発明を実施するための具体的装置例を図面に基
づいて詳細に説明する。

第２図に流れ場を再現する可視化装置の一例を概略図で
示す。この可視化装置は、流れ場を再現するモデル槽１
と、このモデル槽１にトレーサ４を均一な濃度で分散さ
せた流体を供給する流体供給ユニット２及びモデル槽１
内の流れ場に収束された平面的な光所謂スリット光５を
照射するスリット光源３とから主に構成されている。こ
の可視化装置において、モデル槽１の底面から流入した
流体は、モデル槽１内において流れ場を再現したのちモ
デル槽１の上方の排出口６から図示しない排出管を通じ
て排出される。流体は、通常そのままの状態であるいは
必要な処理を施した後槽外に排出される。尚、流体をモ
デル槽１の上方から導入し底面から排出することも、ま
た側面から導入して他の面から排出することも可能であ
る。

前記モデル槽１は、特定の周波数帯域の光特に可視領域
の光に対して吸収性を示すことがない材質であることが
必要であり、例えばアクリル樹脂やガラス等の透光性材
料によって所定形状に形成されている。このモデル槽１
は、内部にモデルを設置する場合には、有限の流れ場を
形成するための容器に過ぎないが、管内の流体の流れを
可視化する場合等にはそれ自体がモデルとして使用され
る。また、無限空間における流れ場を再現する場合には
、モデル槽１に代えて実験至仝体を流れ場とし静止空間
を得る。尚、モデル槽１は、その上方に排出口６を、ま
た底面に噴射ロアを有し、更に底面の噴射ロアには観察
しようとする流れ場を再規するモデル８が一般に取付け
られる。もつとも、モデルを噴射ロアから離してモデル
槽１内に設置し、噴射ロアにおいては何ら流体の流れに
変化を与えない場合もある。本実施例のモデル槽１は周
壁仝而を可視光線を透過させる材料で形成しているが、
全周壁面を透過性材料で形成する必要はなく、少なくと
も散乱光を観察する面とスリット光が入射する面が透光
性を有すれば足りる。例えばスリット光５の入射方向と
９０〜１４５度の角度θの位置で最適の乱反射が得られ
ることからその範囲に観察窓と入射窓とを位置させてお
けば良く、角型モデル槽１を使用する場合には、少なく
とも隣り合う２面を透光性材料で形成すれば足りる。尚
、この場合、観察窓と入射窓を除く他の周壁面を光吸収
体で形成すれば、散乱光の検出が極めて容易となる。更
に、流れ場を輪切りにして観察する場合には、流れ場を
横切るスリット光５を観察するため、モデル槽１の上方
に観察者ないしＩ！察機器を配置する。

前述のモデル槽１に流体を供給する流体供給ユニット２
は、流体供給源（図示省略）とモデル槽１とを結ぶ管路
９の途中にトレーサ注入部１０を設け、圧送途中の流体
にトレーサ４を定量的に強制注入することによっである
いは発生させることによって一定濃度の流体として供給
するものである。勿論、供給ユニット２は前述のものに
限定されない。例えば、市らかしめ可視化に最適な濃度
に調整された流体をタンクに貯留し、これを定量ポンプ
で取り出しモデル槽１に圧送するようにしても良い。

流れ場を形成する流体は、気体ないし液体に、微細粒子
あるいは微細気泡から成るトレーサ４を均一な濃度で分
散させたものでおって、流れ場の形成に影響を及ぼさな
い範囲において可能な限りトレーサ４が密にかつ均一に
存在する濃度に保たれている。

分散媒としては気体を使用する場合には空気を、また液
体を使用する場合には水を採用するのが最も一般的でお
るが、これに限定されるものではなく、必要に応じて他
の気体を採用することもある。

また、分散相即ちトレーサ４としては、コロイド粒子に
代表される微細粒子か、微細気泡の採用が好ましい。分
散媒に気体を使用する場合のトレーサ４としては、直径
１μｍ程度の微粒子が容易に入手できるＭＯ，Ｓ・０．
へ！２０３等の所謂ファインセラミックスの球状物が好
適である。

このファインセラミックスから成る微粒子は取扱易く一
定濃度の気体コロイドが得易いからである。

勿論、霧や煙をトレーサとした気体コロイドも充分均一
化すれば使用できる。

また、分散媒に液体を使用する場合のトレーサ４として
は、上述のファインセラミックスの他、極めて微細な乳
脂防球を含む牛乳等の採用が好適である。殊に、牛乳は
、容易に入手できかつ安価で取扱いが容易であると共に
高輝度の散乱光が得られることから最も好ましいトレー
サ微粒子の一つである。中でも加工乳は、一般に乳脂防
球が直径２μｍ以下（１μｍ未満４１．８％、１〜２μ
ｍ４７．７％）に調整されているため、液体中において
コロイドを形成するに好適である。そこで、本実施例の
場合、水に対して０．２％重量部の加工乳を含ませて親
水コロイドを形成させている。

尚、ファインセラミックスの微粒子を採用する場合、牛
乳と違って流れの中に直接注ぎ込むだけでは直ちにコロ
イド状態を形成できない。そこで、ファインセラミック
スをあらかじめ少量の水に浸した高濃縮コロイド溶液と
も言うべきものを用意する。この高濃縮コロイド溶液は
、例えば、一定比率の水とファインセラミックスの微粒
子とを減圧下のタンク内にａ５いて攪拌混合し、微粒子
表面に付着している気泡を完全に脱泡させることによっ
て作られる。この高濃縮コロイド溶液は、定量スラリポ
ンプを使って流体供給ユニット２に定量的に供給され、
流体供給源から供給される水と混合されて一定濃度のコ
ロイド溶液を形成する。

また、分散媒として液体を使用する場合には、０．０６
〜０．２ＩＩＩＩＩｌの範囲の微細気泡、更に好ましく
は０．１〜Ｑ、２ｍｍの微細気泡を均一′ａ度で分散さ
せ得れば使用可能でおる。この微細な気泡は、流体供給
ユニット２の管路９の途中に直径３ｍｍ以下好ましくは
０．８〜Ｑ、５ｍｍの小孔を少なくとも１つ穿孔したオ
リフィス（図示省略）を設置することにより、Ｑ、２ｍ
ｍ以下の気泡が７０％程度を占める平均Ｑ、’１ｍｍの
微細気泡が局所的減圧によって脱気され、連続的に大ω
的に安定供給できる。

尚、前述の気体コロイドの場合、トレーサ４を定量噴剣
装買を使って流体供給ユニット２に定量的に供給し、流
体供給源から供給される空気−と混合させて一定濃度に
形成するか、或いはあらかじめ空気とトレーサ４を混合
攪拌して一定濃度としてからモデル槽１に供給する。

前述のトレーサを均一かつ密に含む流体によって再現さ
れる流れ場は、スリット光５に代表される平面的な照明
によって、流れの任意の位置を照射し可視化し得るよう
に設けられている。スリット光５は公知のスリット光［
３によっであるいは二次元光学系を使用して可視域のレ
ーザビームを拡げることによって簡単に得られる。また
、レーザービームをそのままの状態で高速にオシレート
させることにより、実質的なスリット光として使用する
ことも可能である。

このスリット光５としては、照射断面毎に互いに波長帯
域の異なる複数の光が採用される。波長帯域の異なる光
とは、他の光と主たる波長帯域を異にするものであって
、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫の単一色光の中から適宜
選択することが好ましいが、これらの組み合せから成る
色の光であっても他の光と波長帯域上での区別ができる
ものであれば実施可能でめる。尚、スリット光には可視
領域の光の使用が観測や画像処理上好ましいが、これに
限定されるものでなく、赤外線＠域や紫外線領域の光の
使用も敵＠装置側を対応させることにより可能でおる。

照明光としての単一色光の使用は好ましく、中でも光の
三原色たる赤、緑、青の光の使用は、その後の画像処理
を容易にする上で最も好適である。

帯域分離の容易な単一色光を使用する場合、撮像手段と
して入手容易な公知のＩＴＶＴＶカメララーＴＶカメラ
等が使用可能だからである。したがって、使用波長帯域
の選択は、光の三原色を基本とし、これに可視断面数に
対応させて他の単一色ないし複合色を加えたり、−色除
けば良い。尚、この特定波長帯域のスリット光５は、例
えば、白色光から容易に得られるスリット光を任意の色
の特定波長帯域の光を主に透過させるバンドパスフィル
ター１１８．ＩＩＧ、１１Ｒを通すことによって容易に
得られる。また、プリズムなどを使って白色光を分光さ
せてから任意の波長帯域の光・色を抽出したり、可視領
域のレーザ光を光源とすることにより得られる。

一方、上述のスリット照明光５の散乱によって可視化さ
れた複数の流れ場を同時にｔｉ像する手段としては、前
記照明光の各波長帯域に夫々対応する特定波長帯域の光
を透過する複数のバンドパスフィルター１２Ｂ、１２Ｇ
、１２Ｒ・・・と該フィルター１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒ
・・・を透過する波長帯域ごとの画像情報を夫々入力す
る複数の画像入力装置１３Ｂ、１３Ｇ、１３Ｒ・・・と
から成る。画像入力側のバンドパスフィルター１２８．
１２Ｇ。

１２Ｒ・・・は、照明光として使用される特定の波長帯
域の光を主に透過させるものであって、波長帯域を異に
する複数の照明光に対応させて複数種用意されている。

他方、画像入力装置は、画像処理方式に応じて公知の装
置の中から適宜選択使用される。例えば、ＴＶカメラ、
ビデオカメラのような光学式のものあるいは高感度高速
度カメラのようなものの採用が好ましく、中でもＲＧＢ
ｉ像管とバンドパスフィルターを内蔵するカラーＴＶカ
メラの使用は一光軸上の複数の画像情報を同時に得るこ
とができることから好適である。ここで、カラーＴＶカ
メラの場合、照明光に、赤、緑、青の波長帯域の光を使
用すれば、被写界深度を深くして可視断面を撮像するだ
けで各断面ごとの可視流れ場が１台のカメラで撮像され
、かつ夫々ＲＧＢ信号に分けられて画像情報として入力
される。

そこで、このＲＧＢカラー信号を夫々別個に取出して、
そのまま画像信号としておるいは高速Ａ−Ｄ変換を経て
デジタル電気信号として出力し、可楔止に供しあるいは
測定ないし記録のために供し若しくは録画し、画像に含
まれている流れの定性的、定量的情報を検出する。例え
ば、市販のモニタテレビに直接表示する場合、流れ場は
、散乱光の輝度に対応した階調の白黒画像としであるい
は単一カラー画像として表示される。勿論、散乱光の輝
度に置換された流れの挙動に関する定性的、定量的情報
は、画像情報のまま利用されるばかりでなく、適宜アナ
ログ画像処理若しくはデジタル画像５１！！理を施して
他の形態によって利用されることもある。例えば、ＴＶ
１度信号をコンピュータ処理等によって輝度に対応する
明度と色合いのカラー表示に変換することも可能である
。

尚、本明細書におけるバンドパスフィルターとは、単一
のフィルターで特定波長帯域の光を主に透過させるもの
の他、短波長カットフィルターと長波長カットフィルタ
ーとを組合せて特定の波長帯域の光だけを透過させるも
の等の他のフィルターも含む。

以上のように構成された可視化装置を使って本発明の流
れの可視化情報検出方法は次のように実施される。

まず、モデル槽１あるいは無限空間に向けて均質なトレ
ーサ４を密に分散させた流体を必要なだけ槽内に安定供
給し所望の流れ場を作り出す。トレーサ４を含む流体は
流れ場を形成しかつ可視化に好適な濃度にあらかじめ仝
嵯調整されたものか、おるいは流体供給ユニット２にお
いて圧送中に混合調整されたものが使用される。次いで
、この流れ場に相互に異なる波長帯１或のスリッｉ〜光
５Ｂ、５Ｇ、５Ｒを、第１図に示す如く測定対象域Ｊ３
，１〜Ｊ３．ｍ列とその手前のＪ２，１〜Ｊ２．ｍ及び
Ｊｌ、１〜’１．ｍ列に同時に夫々照射し、各スリット
光５Ｂ、５Ｇ、５Ｒをトレーサ４に乱反射させることに
より任意断面における流れを抽出して可視化する。

複数のスリット照明光５Ｂ、５Ｇ、５Ｒの散乱によって
可視化された流れ場Ｊ１〜Ｊ３は、観察者の目には重複
して渾然となり判別不能であるが、バンドパスフィルタ
ー１２８．１２Ｇ、１２Ｒ・・・を通して撮像された流
れ場は、各波長帯域毎に分離され、即ち各断面ごとの画
像情報として分離入力される。

このトレーサ４の粗密に伴う散乱光の強度およびその変
動によって形成される画像には流れ場の濃度およびその
変動並びに流速などの各種定性的定損的情報を含んでい
る。そこで、各画像入力をそのままモニタテレビなどを
使って出力し可視化すれば、同−流れ場の異なる断面に
おけるトレーサ４の動き即ち流れの挙動を画像で同時に
追跡できる。このため、一平面内における流れの現象。

流れ方向等は勿論のこと、三次元方向における定性的情
報も正確に知ることができる。しかも、十分微細でかつ
均質なトレーサ４によって散乱する光の強度は単位体積
中のトレーサ個数即ちトレーサ密度に比例すると考えら
れ、それは散乱光の強度がＨａに対応することを意味す
ることから、トレーサ４の粗密に伴う散乱光の強弱によ
って濃度及び′ａ度分布をも同時に目視観察できる。ま
た、濃度は、散乱光の明るさと相似関係にあり、混合状
態にある二流体においてトレーサ４を含まない流体の割
合が高くなるにつれて単位体積中のトレーサ量が減少し
て明るさを失うことから、噴射ロア付近の明るさを基準
明るさく濃度１００％相当）として伯の点における濃度
が定量的に求められる。

更に、各セクションにおけるトレーサ４群の移動。

拡散及び集合現象即ら濃度変動が散乱光の集合から成る
画像の変化例えば明るさの変動を通して容易に比較し知
ることができる。しかも、この濃度変動は極めて近い点
において極めて類似する波形の濃度変化として表われる
ことから、同一セクション内における極めて近い二点間
あるいは極めて近い二つのセクションの三次元方向の二
点間において極めて類似する波形の濃度変化がｈ２めら
れるまでの変動の時間的ずれを検出することによって、
二次元方向あるいは三次元方向における流れの速度を測
定できることとなる。

ところで、前述のような定理的測定方法はフォトセンサ
によって一度に検出できる比較的狭い領域だけでの測定
及び分析には何ら問題はないが、流れ場の全域或いは比
較的広範なエリアについて測定および分析を行う場合に
は入射光の減衰及び散乱光の減衰による影響を補正する
ことが必要となる。

即ち、流れ場に入射された光は、■水自体の吸収、■ト
レーサによる吸収、■トレーサによる散乱によって減衰
し、 Ｉ（Ｘ）　＝　ｌｏ−ａｘ−（１’　）で表される。こ
こで吸収係数ａは、媒体の吸収係数に粒子（トレーサ）
の吸収断面積σａ及び散乱断面積σＳをｈＯえたもので
、単位体積当りのトレーザ数（Ｎ＞による全断面積は、 σａ−Ｎ＝Σａ　（吸収全断面積）ｃｍσＳ　−Ｎ＝Σ
Ｓ　（散乱全断面積）ｃｍとなり、ａ＝（μ＋Σａ十Σ
Ｓ）で表わされる。

このため、’（１’　）式は、 工（χ）＝Ｉ　　ｅ”−（μ十Σａ＋Σａ十ΣＳ）χ＝
工　。−（μ十Σｔ）χ　　　　（１）となる。尚、Σ
ｔは（Σａ十ΣＳ）である。

ここで、流れ場を第１図に示すように、（ｍｘ　ｎ　）
に分割し夫々の微小要素にアドレスをで表わされ、 また、ｉ、１点からの散乱強度は Ｘ−／ α・β・ＩｅＸｐ（−ΔχΣ　（μ＋Σｔ　・））Ｏｒ
、＋　　　　　　ＬＪ ・［１−ｅＸｌ）（−Δχ（μ＋Σｔ　ｉ、ｊ）月・・
・（３）となる。

但し、 Ｌ℃一単位体積当りの全吸収・散乱断面積（ｃｍ　　）
μ：単位体積当りの媒体の吸収係数（ｃｍ　　）α：Σ
、／Σ℃ β；カメラの感度　　でおる。

そこで、流れ場の外のカメラで検出されるのｔまバージ
ンコリージョン（−次数乱光）のみと仮定し、二次散乱
を無視すれば、カメラで検出される（ｉ、ｊ　＞点にお
ける散乱強度は、 Ｊｉ、ｊ＝　　　　　　　　、・、。

乱・吸収断面積即ち全断面積Σｔを求めれば、測定対象
域からの真の散乱強度が求められる。

ここで、Ｊｌ、１点の散乱光強度を考えると、Ｊ　　　
＝１−ｅＸＤ（−Δχ（μ＋Σ１　　　　））　・１、
１　　　　　　　　　　　　　　　　１．１α・β・Ｉ
ｏと成り、二次散乱等により減衰がないため検出光量か
らＪｌ、１点における全断面積Σ℃が変わる。次いでＪ
ｌ、２点の全断面積も、二次散乱等による減衰量なくか
つＪｌ、１からの入力光も計算できるので、検出光量か
ら容易に求められる。かくして、Ｊｌ、１〜Ｊ１．ｍま
での全断面積が求められる。次いでＪ２，１〜Ｊ２．ｍ
の全断面積は、検出光量にＪ　　　””Ｊｌ、ｍの列で
の減衰量を１．１ 加えたものが実際の散乱光強度に近似した値であり、Ｊ
２へのへ力光潰がわかっているのでＪ２，１〜Ｊ２．ｍ
の列での減衰量を加えたものが実際の散乱光強度に近似
した値で必り、Ｊ２への入力光量がわかっているのでＪ
２，１〜Ｊ２．ｍの列の全断面積Σでが次々に算出され
る。斯様にして、所望列の単位体積当りの散乱・吸収断
面積の分布は決算部２８において求められ、補正制御部
２９を駆動して測定対象の測定値を補正する。

そこで、例えば、Ｊ３，１〜’３．ｍのセクションを測
定対象とする場合、カメラによって検出される散乱強度
は、Ｊ２，１〜Ｊ２．ｍの列とＪｌ、１〜Ｊ１．Ｉｌｌ
の列を通過する間に他のトレーサに衝突して起こる二次
散乱等によって減衰されたものでおることから、検出光
量にＪ２，１〜Ｊ２．ｍ列と’１，１〜Ｊ１．ｍでの減
衰ｍを夫々加えたものが実際の散乱光強度に近似したも
のとなる。

具体的には測定対象を除く他の各セクションの可視画像
から得られるのは減衰量そのものではなく、単位体積当
りのトレーナの数Ｎに比例する単位体積当り全散乱・吸
収断面積Ｘｔで市り、これを（４）式に導入することに
より、各アドレスの実際の散乱光強度に近似した値を求
めることができる。また、三次元流の定量的情報を検出
するには、Ｊ２，１〜Ｊ２．ｍ列の可視画像からは散乱
光強度の分布と散乱面積Σｔとの分布とが同時に検出さ
れ、所定の処理がな４れる。

上述の測定対象セクションでの散乱光強度の検出及び他
のセクションでの全散乱断面積の検出は同時に行われる
。即ち、相互に箕なる波長帯域のスリシト光たとえば５
　Ｂ、　５　Ｇ、　５　Ｒを使って各セクションを照射
する一方、バンドパスフィルター１２Ｂ、　１．２Ｇ、
　１２Ｒを通して各波長帯域毎に曜像しているので各セ
クションの流れ場が同時に画像情報としてＩＴＶカメラ
１３８．１３Ｇ、　１３Ｒに入力される。したがって、
瞬時に流れの状況が変化する非定常流の瞬間々々の補正
値が検出し？７る。

この補正後の画像情報は適宜画像処理の後、そのままモ
ニタテレビ等で映し出されたり、あるいはコンピュータ
処理などで合成画像を得たり、数値化ないし図形化して
記録若しくは表示することかでざる。

例えば、各セクションの流れ場をモニターテレビに夫々
映し出し、噴射口付近と任意の測定点に該当するブラウ
ン管上に設置したフォトセンサによって光の強弱即ち濃
度の粗密を電気的信号に変換して検出し、この電気信号
をフィルターに通して画面スキャン信号を除去した後に
トランジェントレコーダを経てオシロスコープまたはｘ
Ｙレコーダへ出力し、測定ないし記録することができる
。

しかも、この測定は流れ場の異なるセクションにおける
流体の濃度を同時に可視化して画像！２！！理するため
流れ場全域における瞬間的な濃度分布が立体的かつ定量
的に解析できる。

また、一つのコロイド粒子４を特定してそのコロイド粒
子４が所定距離△Ｌを移動する時間を測定することは事
実上不可能であるが、一定濃度のコロイド粒子群が移動
する時間は接近する二点間の濃度変化の時間的ずれとし
て把握することができる。また、微細かつ均質なコロイ
ド粒子４がビに含まれた流体が作り出す流れ場において
、一定濃度のコロイド粒子群が移動する現象は一つの測
定点において濃度変化として表われる。そして、このコ
ロイド粒子群の移動現象は、極めて近い他の点において
は極めて類似する波形の濃度変化として表われる。この
ことから、コロイド粒子群の近接する二点間における移
動時間△ｔは、両点における濃度変化の時間的ずれとし
て把握できるのでおる。したがって、近接する平行な二
平面の流れ場において、極めて類似する波形の濃度変化
が認められる場合、これらの間における濃度変化の時間
的ずれから三次元方向の流れの速度を測定できる。尚、
濃度変動は、コロイド粒子４を含む流体と含まない流体
との混合状態において、コロイド粒子４を含まない流体
の割合が高くなるにつれであるいは流体の拡散による希
薄化につれて中位体積中のコロイド粒子量が減少し、単
位体積当りの散乱光の輝度が低くなるという現象で表わ
れる。

この現象は画像信号のまま利用する場合、テレビ画面上
での明るさの変動として現われる。

そこで、例えば第５図に示すように、各画像信号を出力
する各［ニタテレビ２１Ｂ、２１Ｇのブラウン管上のほ
ぼ同一あるいは三次元流動を想定した場合に相関関係が
求められると思われる位置にフォトセンサ２２Ｂ、２２
Ｇ！設置し、各点における濃度変動を測定する。同時に
ＴＶカメラ１３のＲＧＢ画像情報を適宜画像処理して演
搾部２８に入力して補正値を求め、各補正値を対応濃度
測定値に加算して補正する。そして、コンピュータ２４
において、夫々の測定点で起こる濃度変化の時間的ずれ
・遅れ時間△ｔが相互の相関関係に基づいて算出される
。舶述したように、接近した二つの測定点Ｐ１．ｐ２に
おいては類似の濃度な化が起こる。そこで、各測定点に
あける濃度変化を統計的に処理して特徴的なピークを各
々求め、このピークを基準にして遅れ時間Δ℃を求める
。

ある点における遅れ時間叩らコロイド粒子群の例えばフ
ォトセンサ２２Ｂ、２２Ｇ間のＰｌ動時間△［が求めら
れれば、フォトセンサ２２８．２２Ｇ間の微小距離△Ｌ
があらかじめ定められていることから、■＝八へ／△ｔ
より流速は筒中に求められる。尚、第５図において、符
号２５はデイスプレイ、２６はＸＹレコーダ、２７はプ
リンタである。

尚、本実施例においては、画像上で測定箇所をｆｆ１ｕ
Ｋする便宜のため散乱光の測定をディスプレイとフォト
センサ（光電素子）を使用して行なっているが、ディス
プレイへの出力を省いて画像信号そのものを処理して上
述の散乱光の変動を検出するようにしても良い。

■０発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明の流れの可視化
情報検出方法は、微細粒子あるいは＠繍気泡から成るト
レーサを均一な濃度で分散された流体で流れ場を再現す
ると共にこの流れ場を相互に異なる波長帯域の複数種の
スリット光を照射して測定対象域の他に幾つかの断面を
照明光のトレ９に因る散乱によって同時に可視化し、各
セクションの流れを波長帯域毎に撮像して各流れ場の散
乱光強度を検出する一方、測定対象域を除く他の流れ場
の散乱光強度から各セクションにおける近似的な単位体
積当りの散乱・吸収断面積を求め、これから各セクショ
ンを通過する際の散乱光の減衰量を求めて測定対象域の
測定散乱光強度を補正、・するようにしたので、実際の
値に近似した散乱光強度を検出し得る。

したがって、トレーサ数密度と比例する散乱光強度に基
づいて流れの挙動を解析し定量的に測定しようとする場
合、測定精度を低下させることがない。

例えば、散乱光の強弱から正確な濃度分布及び変動が一
目で観察できるし、各波長帯域の光によって形成される
画像を分析しかつ三次元方向の可視断面間の相関関係を
求めることによって流れ場の立体的な定性的観察は勿論
のこと流れ場の全域における瞬間的な濃度分イ５やその
変動並びに流速等の定量的測定が非接触下にリアルタイ
ムで正確に実施可能である。即ち、従来では不可能であ
った非定常流れの挙動に関する精密な三次元解析を非接
触下にリアタイムで実現したのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、第２図は本発明を実施する可
視化装置の概略図、第３図は流れの多断面同時可視化状
態を示す原理図、第４図は可視化された流れ場を示す説
明図、第５図は本発明の流れの可視化情報検出方法によ
って得られた画像情報を処理する装置の一例を示す説明
図でおる。 ３・・・スリット光源、４・・・トレーサ、５８．５Ｇ
、５Ｒ・・・相互に異なる波長帯域のスリット光、 １１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒ・・・バンドパスフィルター、
１２８．１２Ｇ、１２Ｒ・・・バンドパスフィルター、
１３８．１３Ｇ、１３Ｒ・・・撮像手段。 ２８・・・演算部、２９・・・補正制御部。 特許出願人　　　　財団法人　電力中央研究所Δχ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 微細粒子あるいは微細気泡から成るトレーサを均一な濃
   度で分散させた流体で流れ場を再現すると共にこの流れ
   場を相互に異なる波長帯域の複数種のスリット光を照射
   して測定対象域の他に幾つかの断面を照明光のトレーサ
   に因る散乱によって同時に可視化し、各セクションの流
   れを波長帯域毎に撮像して各流れ場の散乱光強度を検出
   する一方、測定対象域を除く他の流れ場の散乱光強度か
   ら各セクションにおける近似的な単位体積当りの散乱・
   吸収断面積を求め、これから各セクションを通過する際
   の散乱光の減衰量を求めて測定対象域の測定散乱光強度
   を補正し、実際の値に近似した散乱光強度を検出し得る
   ようにしたことを特徴とする流れの可視化情報検出方法
   。