KR100807372B1 - Flow measurement method by 2d - particle image velocimetry flowmeter - Google Patents

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laser light
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성재용
정범석
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Abstract

A 2D PIV(Particle Image Velocimetry) flowmeter and a measuring method thereof are provided to enhance accuracy by calculating the flow with an equation after calculating flow velocity through displacement of a fluid particle. A 2D PIV flowmeter includes a laser unit(10), a connecting unit(20), a lens unit(30), an image acquiring unit(40), a synchronizing device(50), and a data calculating unit(60). The laser unit radiates laser light. The connecting unit transfers the laser light radiated from the laser unit. The lens unit radiates the laser light source transferred through the connecting unit to a fluid in a pipe(P). The image acquiring unit photographs a fluid particle passing the laser light. The synchronizing device synchronizes a photograph signal to be suitable to a laser pulse. The data calculating unit receives image data photographed at the image acquiring unit from the synchronizing device.

Description

이차원 피아이브이 유량계 및 그 측정방법{Flow measurement method by 2D - Particle Image Velocimetry Flowmeter}Flow measurement method by 2D-Particle Image Velocimetry Flowmeter

도 1a은 본 발명에 따른 피아이브이기법을 이용한 유체 입자의 변위를 나타낸 개념도,Figure 1a is a conceptual diagram showing the displacement of the fluid particles using the fiave method according to the present invention,

도 1b는 본 발명에 따른 피아이브이기법을 이용한 유체 입자의 정성적가시화의 상태를 나타낸 촬영도,Figure 1b is a photographic view showing the state of qualitative visualization of the fluid particles using the fiave technique according to the present invention,

도 1c는 본 발명에 따른 피아이브이기법을 이용한 유체 입자의 정량적 속도 계측의 상태를 나타낸 분석 촬영도,1C is an analytical photograph showing a state of quantitative velocity measurement of a fluid particle using a fiave technique according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 구성도,Figure 2 is a block diagram for the measurement of the two-dimensional piage flowmeter according to the present invention,

도 3은 다른 실시 예에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 구성도,3 is a configuration diagram for measuring a two-dimensional piage flowmeter according to another embodiment;

도 4는 본 발명에 따른 반달형실린더렌즈, 일측오목실린더렌즈, 양측오목실린더렌즈를 나타낸 사시도,Figure 4 is a perspective view showing a half-moon cylinder lens, one side concave cylinder lens, both sides concave cylinder lens according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 구면형렌즈를 나타낸 사시도,Figure 5 is a perspective view showing a spherical lens of the two-dimensional piave flowmeter according to the present invention,

도 6은 도 2에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 개념도,6 is a conceptual diagram for measuring the two-dimensional piave flow meter according to FIG.

도 7은 도 3에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 개념도,7 is a conceptual diagram for measuring a two-dimensional piave flow meter according to FIG. 3;

도 8은 광학거울을 이용한 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 개념도,8 is a conceptual diagram for measuring a two-dimensional piave flowmeter using an optical mirror,

도 9a, 9b는 본 발명에 따른 동기화장치부에 의한 영상획득부의 촬영신호를 레이저광원에 동기화하는 파형도,9A and 9B are waveform diagrams for synchronizing a photographing signal of an image acquisition unit by a synchronization unit according to the present invention to a laser light source;

도 10은 본 발명에 따른 이차원 피아이브이 유량계를 이용한 유량측정방법의 순서도,10 is a flow chart of a flow measurement method using a two-dimensional piage flowmeter according to the present invention,

도 11은 본 발명에 따른 입자영상함수와 상관영역을 나타낸 개념도,11 is a conceptual diagram showing a particle image function and a correlation region according to the present invention;

도 12는 본 발명에 따른 상호상관계수의 형태를 나타낸 입체영상도,12 is a three-dimensional image diagram showing the form of the correlation coefficient according to the present invention,

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 레이저부 11 : 레이저셔터10: laser unit 11: laser shutter

20 : 연결부 21 : 광케이블20: connector 21: optical cable

22 : 커넥터 23 : 광학거울22 connector 23 optical mirror

30 : 렌즈부 31 : 실린더렌즈30 lens unit 31 cylinder lens

31a : 반달실린더렌즈 31b : 일측오목실린더렌즈31a: Vandal cylinder lens 31b: One side concave cylinder lens

31c: 양측오목실린더렌즈 32 : 구면형렌즈31c: bilateral concave cylinder lens 32: spherical lens

40 : 영상획득부 50 : 동기화장치부40: image acquisition unit 50: synchronization unit

60 : 데이타연산부 100 : 이차원 피아이브이 유량계60: data calculation unit 100: two-dimensional piaf this flow meter

P : 관 Pa : 플랜지관P: Pipe Pa: Flange Pipe

Pb,Pc : 홀 Pd : 직선관Pb, Pc: Hole Pd: Straight Tube

R : 레이저광원 Ra : 평면광원 R: laser light source Ra: plane light source

W : 유체 Wa : 유체입자 W: Fluid Wa: Fluid Particle

R(p,q) : 상호상관계수R (p, q): Correlation coefficient

본 발명은 이차원 피아이브이 유량계 및 그 측정방법에 관한 것으로, 특히 입자영상속도계측방법을 이용하여 관 내부를 흐르는 유체에 평면광레이저를 종단면측으로 일정구간 조사한 후, 유체입자들의 이동변위를 이동시간으로 나누어 레이저가 조사된 유체의 단면에 대한 전체유속을 측정 및 산출가능하며, 산출된 입자의 유속을 적분하여 정확한 유량을 측정가능하고, 설치가 간편한 동시에 정확도가 높은 비접촉식측정방식을 이용하여 관을 따라 흐르는 유체의 흐름을 방해하지 않는 상태로 측정가능함으로써 유체의 압력손실이 발생되지 않으며, 유체의 종류, 점도, 비중에 제한받지 않아 측정적용범위가 넓은 이차원 피아이브이 유량계 및 그 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a two-dimensional piave flowmeter and a measuring method thereof, and in particular, after irradiating a planar optical laser to a longitudinal section of a fluid flowing through the inside of a tube using a particle image velocity measurement method, the displacement of the fluid particles is measured as a movement time. It is possible to measure and calculate the total flow rate of the cross section of the laser irradiated fluid by dividing, and to measure the accurate flow rate by integrating the calculated flow rate of the particle, and to follow the pipe by using the non-contact measuring method with high accuracy and easy installation. The present invention relates to a flow meter and a method of measuring a two-dimensional fiave, which can be measured without disturbing the flow of a flowing fluid, so that pressure loss of the fluid is not generated, and the measurement range is not limited by the type, viscosity, and specific gravity of the fluid.

일반적으로, 유량(流量)은 물리학적으로 유체의 유동량을 말하는 것으로서, 이러한, 유량은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 첫째로는 주어진 단면에서 주어진 시간간격 동안 지나가는 체적을 나타내는 체적유량이 있다.Generally, the flow rate is physically referring to the flow rate of the fluid, and the flow rate can be divided into two types. Firstly, there is a volume flow rate representing a volume passing over a given time interval in a given cross section.

둘째로는, 주어진 단면에서 주어진 시간간격 동안 지나가는 질량을 나타내는 질량유량으로 구분될 수 있는데, 단지, 측정방법의 조건은 동일한 밀도를 갖는 유체를 측정했다는 조건하에서 인정된다.Secondly, it can be distinguished by the mass flow rate representing the mass passing by a given time interval in a given cross section, except that the conditions of the measurement method are recognized under the condition that a fluid having the same density is measured.

아울러, 유량을 산출하는 방정식으로는 유량(Q) = 배관 단면적(A) x 유속(V) 에서 A = πd²/ 4 , V = √2gh = √2g(P/γ) 를 대입하면 쉽게 유량을 구할 수 있다.In addition, the equation for calculating the flow rate can be easily obtained by substituting A = πd² / 4, V = √2gh = √2g (P / γ) at flow rate (Q) = pipe cross-sectional area (A) x flow rate (V). Can be.

이러한, 유량을 측정하는 유량계 및 측정방법은 여러 가지가 개발되고 있는 실정이다.Such, a flow meter and a measuring method for measuring the flow rate is a situation that has been developed in various ways.

한편, 유량계 중 대표적인 유량계로는 오리피스(Orifice)방식을 이용한 유량계, 노즐(Flow nozzle)방식을 이용한 유량계, 벤츄리 관(Venturi tube)방식을 이용한 유량계 등이 있는데, 이러한, 유량계들은 베르누이 장애이론(Bernoulli obstruction theory)에 의해서 구해진 유량식에 각각의 유량계에 해당하는 값을 적용함으로써 유량을 구하는 방식을 이용하는 것이다.Representative flowmeters include orifice flowmeters, flow nozzle nozzles, and Venturi tube flowmeters. These flowmeters are Bernoulli theory. It is to use the method of calculating the flow rate by applying the value corresponding to each flow meter to the flow rate formula obtained by obstruction theory.

즉, 베르누이 장애이론은 직선 관의 내부에 특정형상의 장애물을 설치하여 장애물을 통과하면서 발생되는 부차적 압력손실을 측정함으로써 단면을 지나는 평균속도를 구하고 이에 따른 유량을 환산하는 방식이다.In other words, Bernoulli's obstacle theory is a method of calculating the average speed through the cross section and converting the flow rate by measuring the secondary pressure loss generated by passing the obstacle by installing a specific shape obstacle inside the straight pipe.

아울러, 종래의 유량을 측정하는 유량계의 종류 및 원리, 문제점을 살펴보면 다음과 같다.In addition, the type, principle, and problems of the conventional flow meter for measuring the flow rate are as follows.

1. 터빈 유량계(Turbine Meter)는 여러 개의 날개가 달린 회전축 또는 프로펠라가 베어링과 회전축에 의해 자유롭게 회전하도록 설계되어 있다. 유체가 유입되어 유체의 속도에 비례하여 회전축이 회전하고, 각 프러펠라의 날개 끝이 측정점을 통과하면서 회전수가 측정되고 터빈 유량계로부터의 출력신호는 부피유량에 비례하는 주파수 신호이며, 터빈유량계에 의하여 발생한 각 펄스신호는 측정된 액체의 부피에 해당되는 조건을 산출하여 유량을 구할 수 있으며, 적용분야로는 수도미 터나 공업용 터빈 미터에 사용되고 있다.1.Turbine Meter is designed so that several winged rotating shafts or propellers can rotate freely by bearings and rotating shafts. Fluid flows in and the rotational axis rotates in proportion to the speed of the fluid, the rotational speed is measured as the blade tip of each propeller passes the measuring point, and the output signal from the turbine flowmeter is a frequency signal proportional to the volumetric flow rate. Each pulse signal generated can calculate the flow rate by calculating the condition corresponding to the volume of the measured liquid, and it is used in water meter or industrial turbine meter as an application field.

그리고, 터빈 유량계에서의 유량은 적산형 계기에 의하여 전체 적산 유량으로 환산된다. 적산이 올바르게 되기 위해서는 각 펄스의 값은 필수적으로 일정하여야 한다. 따라서, 터빈 유량계는 선형이어야 하며 선형 범위 내에서 사용되고 있다. 또한, 적산도 운전 범위의 일부인 선형 범위 내에서만 사용된다.The flow rate in the turbine flowmeter is converted to the total integration flow rate by the integration meter. In order for the integration to be correct, the value of each pulse must be essentially constant. Thus, turbine flowmeters must be linear and are used within the linear range. Also, integration is only used within a linear range that is part of the operating range.

그러나, 터빈 유량계는 유량을 측정하기 위한 설치구조가 복잡하며, 프로펠러와 유체가 접촉되어 유체의 흐름이 방해될 뿐만 아니라 압력손실을 초래하는 문제점이 있으며, 맥동유동과 접착성이 있는 유체에는 사용이 곤란하고, 슬러리 유체에는 사용할 수 없으며, 유체내에서 작동하는 것이기 때문에 유속이 증가하면 캐비테이션이 발생하는 문제점이 있었다.However, the turbine flowmeter has a complicated installation structure for measuring the flow rate, and there is a problem in that the propeller and the fluid come into contact with the flow of the fluid, as well as causing a loss of pressure. It is difficult, and cannot be used for slurry fluid, and because it operates in the fluid, there is a problem that cavitation occurs when the flow rate increases.

2. 보텍스 유량계(Vortex-Shedding Meter)는 덕트나 채널속에 설치한 블우프바디의 후류에서 발생하는 카먼보텍스의 주파수를 이용하여 유속을 측정한 후 유량을 산출하는 방식으로 구조가 간단하며, 대부분 유체에 적용 가능하나, 맥동유체 및 점착성 유체 그리고 2상(상태가 서로 다른 상태) 유체의 측정에 부적당하고, 배관진동의 영향이 측정값에 영향을 미치는 큰 문제점이 있었으며, 유속의 흐름을 방해하여 유체의 압력손실을 발생시켜 정확한 유량의 측정이 불가능한 문제점이 있었다.2. Vortex-Shedding Meter is a simple structure that calculates the flow rate after measuring the flow rate by using the frequency of Carman Vortex generated in the wake of the lump body installed in the duct or channel. Although it is applicable to pulsating fluids, cohesive fluids and two-phase (different state) fluids, there is a big problem that the influence of pipe vibration affects the measured values. There was a problem that it is impossible to measure the precise flow rate by generating a pressure loss of.

3. 전자식 유량계는 페러데이의 전자유도법칙, 즉 도체가 자계내에서 운동할 때 그 도체내 자계방향 및 운동방향의 양 방향에 직각방향으로 기전력이 발생하고 그 크기는 자속밀도와 속도에 비례한다는 법칙에 의해 유량을 측정하는 방식이다.3. The electromagnetic flowmeter has Faraday's law of electromagnetic induction, that is, when a conductor moves in a magnetic field, an electromotive force is generated in a direction perpendicular to both the magnetic field direction and the direction of motion in the conductor, and its magnitude is proportional to the magnetic flux density and velocity. This is a method of measuring the flow rate.

그리고, 전자식 유량계의 측정방법은 보통 공업용 전자 유량계에서는 내면이 절연된 원형 측정관에 1대의 전극을 설치한 후, 전극방향에 수직방향으로 자계를 형성하도록 구성되어 있으나, 상온의 전도성 액체(5μS/cm)만을 측정가능하며 순수측정은 불가능하여 다양한 유체에 유량을 측정할 수 없는 문제점이 있었다.In addition, the measurement method of an electronic flowmeter is generally configured to form a magnetic field in a direction perpendicular to the electrode direction after installing one electrode in a circular measuring tube having an inner surface insulated in an industrial electromagnetic flowmeter. Only cm) can be measured and there is a problem that can not measure the flow rate in a variety of fluids can not measure pure water.

아울러, 종래의 터빈 유량계, 보텍스 유량계, 전자식 유량계의 공통적인 문제점은 관 내부에 설치되어 관을 따라 흐르는 유체의 압력손실 및 유량이 일구간으로 집중되는 현상이 발생되어 유량이 변화되는 부차적손실을 야기시키며, 측정을 위한 교정과정이 복잡하여 측정능률과 정확도가 저하되는 문제점이 있다.In addition, a common problem of the conventional turbine flowmeter, vortex flowmeter, and electronic flowmeter is that the pressure loss and flow rate of the fluid flowing along the pipe are concentrated in one section, which is installed inside the pipe, causing a secondary loss in which the flow rate is changed. In addition, there is a problem that the measurement efficiency and accuracy is reduced because the calibration process for the measurement is complicated.

아울러, 마모되는 부분이 발생되어 유량계 특성 검사주기가 짧아지는 번거로운 문제점이 있으며, 이에 따른 보수 운영비의 상승을 초래하는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem that the wear part is generated and the flowmeter characteristic inspection cycle is shortened, which leads to an increase in maintenance operation costs.

4. 초음파 유량계(Acoustic Flow Meter)는 초음파가 유체 중을 통과하며 전파될 때, 유체가 정지하고 있을 때와 흐르고 있을 때의 겉보기 전파 속도가 다른 것을 이용한 방식이다. 4. Acoustic Flow Meter is a method in which ultrasonic waves propagate through a fluid and have different apparent propagation speeds when the fluid is at rest and when it is flowing.

즉, 정지 유체 중에서의 음속을 c, 유속을 v라 하면, 음파의 흐름이 유체의 흐름 방향과 일치하면 겉보기 전파 속도는 (c+v)가 되고, 유체의 흐름에 거슬린 방향에서는 (c-v)가 된다. 이것은, 음파를 전하는 매질 자체가 운동하기 때문이며, 보통 겉보기 전파 속도는 정지 유체 중의 음속과 그 음파의 전파 방향에 대한 흐름의 속도 성분의 합으로 표시된다. 아울러, 유속과 같은 방향으로 송신된 음파와 반대방향으로 송신된 음파 사이에는 도달 시간에 차이가 있는데 이와 같은 도플러 효과를 이용하여 유속을 측정한 후 유량을 계산방식이다.That is, if the sound velocity in the stationary fluid is c and the flow rate is v, the apparent propagation velocity becomes (c + v) when the flow of sound waves coincides with the flow direction of the fluid, and (cv) in the direction against the flow of the fluid. Becomes This is because the medium that transmits sound waves itself moves, and usually the apparent propagation velocity is expressed as the sum of the velocity components of the sound relative to the propagation direction of the sound waves in the stationary fluid. In addition, there is a difference in arrival time between the sound wave transmitted in the same direction as the flow rate and the sound wave transmitted in the opposite direction. The flow rate is calculated after measuring the flow rate using the Doppler effect.

또한, 초음파 유량계는 최근에 개발된 방식으로서 문제점이 특별히 대두 되지 않고 있지만, 다른 유량계들은 유량계 설치 위치를 중심으로 상류측과 하류측의 관로가 직선으로 되어 있고, 하등의 장애물이 있어서는 안 되며, 유체의 흐름의 정상상태를 유지하기 위하여 직관부분의 길이가 충분히 길어야 하는 문제점이 있다.In addition, the ultrasonic flowmeter is a recently developed method, and the problem is not particularly raised, but other flowmeters have a straight line upstream and downstream of the flowmeter installation position, and there should not be any obstacles. In order to maintain the steady state of the flow of the straight portion has a problem that the length should be long enough.

아울러, 초음파 유량계는 관을 따라 흐르는 유체의 일구간을 측정하는 점측정방식(point measurement)으로 유속의 변화로 인한 유량의 변화를 측정 구간 외의 다른 구간은 감지하지 못하는 현상이 발생되어 정확한 측정이 불가능한 문제점이 있었다.In addition, the ultrasonic flowmeter is a point measurement method for measuring one section of a fluid flowing along a pipe, and a change in flow rate due to a change in flow rate is not detected outside the measurement section. There was a problem.

상기와 같은, 종래의 유량계들의 문제점을 해결하기 위한 직관부분의 길이가 짧은 엘보, 밸브 등이 설치된 부근에서도 충분한 정확도로 유량을 측정할 수 있으며, 마모되는 부품이 없고 유량계 특성 수명이 길어 특성 검사주기를 연장가능하고, 유체의 흐름 압력 손실을 야기시키지 않으며, 개발 생산 과정이 간단하고, 운영과정에서 유량계의 특성 교정검사가 매우 간단하며, 특히, 측정을 위한 운영 과정에서 현지에서 측정가능 하고, 관의 구경이 커짐에 따라 측정장비의 가격이 상승하지 않는 개선된 유량계의 개발이 절실히 요구되고 있다.In order to solve the problems of the conventional flowmeters, it is possible to measure the flow rate with sufficient accuracy even in the vicinity of an elbow, a valve, or the like having a short length of straight pipe portion, and there are no parts to be worn and the characteristic life of the flowmeter is long. Extends, does not cause fluid flow pressure loss, the development and production process is simple, the flowmeter characteristics calibration test is very simple in operation, especially in the operation process for measurement, As the diameter increases, there is an urgent need to develop an improved flow meter that does not raise the price of the measuring equipment.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 관의 내부를 흐르는 유체의 유량을 산출하기 위하여 관을 관통하되, 관의 내부를 흐르는 유체의 흐름을 방해하지 않는 비접촉 측정방식을 이용하여 유체의 압력저하현상을 일으키지 않도록 구조가 개선된 이차원 피아이브이 유량계 및 그 측정방법 을 제공하는데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, but the non-contact measuring method that penetrates the tube to calculate the flow rate of the fluid flowing inside the tube, does not interfere with the flow of the fluid flowing inside the tube. The purpose of the present invention is to provide a flowmeter and a measuring method for a two-dimensional piave whose structure is improved so as not to cause a pressure drop of the fluid.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 유체의 종류, 온도, 점도 등과 같은 조건에 제약받지 않고 유량을 측정가능 하며, 유체가 흐르는 관에 홀을 형성하여 렌즈부 및 영상획득부를 설치함으로 측정을 위한 측정장치의 구조가 간단하고, 레이저광원을 통과하는 유체에 함유된 유체입자들이 일정시간 동안 움직인 유체입자의 변위를 판단하여 유속을 계산 후, 수학식에 의해 유량을 산출하여 정확도가 높아지도록 구조가 개선된 이차원 피아이브이 유량계 및 그 측정방법을 제공하는데 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to measure the flow rate without being constrained by conditions such as the type, temperature, viscosity of the fluid, measuring device for measuring by forming a hole in the tube through which the fluid flows to install the lens unit and the image acquisition unit The structure is simple, and the fluid particles contained in the fluid passing through the laser light source determine the displacement of the fluid particles moving for a certain time, calculate the flow rate, and then improve the structure by increasing the accuracy by calculating the flow rate by the equation It is an object of the present invention to provide a flow meter and a measuring method thereof.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저광원이 조사되는 레이저부와, 레이저부에서 조사된 레이저광원을 이송하기 위한 연결부와, 연결부를 통해 이송된 레이저광원을 관의 내부를 흐르는 유체에 조사하는 렌즈부와, 렌즈부를 통해 조사된 레이저광원을 지나는 유체입자의 상태를 촬영하는 영상획득부와, 영상획득부에 연결되어 촬영신호를 레이저펄스에 적합하도록 동기화시키는 동기화장치부와, 동기화장치부로부터 동기화되어 영상획득부에서 촬영된 이미지데이타를 전송받는 데이터연산부로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차원 피아이브이에 유량계에 있어서,
상기 렌즈부는 연결부를 통해 공급되는 레이저광원을 평면광원으로 변환시키는 실린더렌즈와, 실린더렌즈를 통해 변환된 평면광원의 두께를 조절하는 구면형렌즈로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 렌즈부는 플랜지관의 상부정점에 위치되되, 관의 내부를 흐르는 유체에 레이저광원을 조사가능하게 전방의 일부분이 플랜지관의 내부에 삽입되며, 영상획득부는 플랜지관의 좌우측정점중 일측에 고정되되, 촬영가능하게 전방의 일부분이 유체가 흐르는 플랜지관의 내부에 삽입되어 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이차원 피아이브이 유량계.
In order to achieve the above object, the present invention provides a laser unit to which the laser light source is irradiated, a connection unit for transferring the laser light source irradiated from the laser unit, and a laser light source transferred through the connection unit to the fluid flowing inside the tube. An image acquisition unit for photographing the state of the fluid particles passing through the lens unit, the laser light source irradiated through the lens unit, a synchronization unit unit connected to the image acquisition unit to synchronize the photographing signal to the laser pulse, and from the synchronization unit unit In the two-dimensional piaeyi flow meter, characterized in that consisting of a data operation unit for receiving the image data captured by the image acquisition unit is synchronized,
The lens unit is characterized by consisting of a cylindrical lens for converting the laser light source supplied through the connecting portion to a planar light source, and a spherical lens for adjusting the thickness of the planar light source converted through the cylinder lens.
In addition, the lens portion is located at the upper apex of the flange tube, a portion of the front is inserted into the inside of the flange tube so as to irradiate a laser light source to the fluid flowing inside the tube, the image acquisition portion is located on one side of the left and right measurement points of the flange tube A fixed, but two-dimensional piage flow meter, characterized in that the portion of the front is configured to be inserted into the interior of the flange flows fluid is formed.

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아울러, 상기 이차원 피아이브이 유량계를 이용하여 유체의 유량을 측정하는 방법은 레이저부를 통해 조사된 레이저광원을 관의 내부를 흐르는 유체에 조사하는 레이저조사단계와, 레이저조사단계에서 유체에 조사된 레이저광원를 통과하는 유체에 함유된 유체입자의 흐름상태를 주어진 t0시간에서 일차로 촬영하고, t0 + △t시간 후에 이차로 촬영하기 위해 동기화장치부를 이용하여 레이저펄스와 촬영신호를 동기화시키며, 영상획득부를 이용하여 두 개의 이미지로 촬영하는 촬영단계와, 촬영단계에서 촬영된 두 개의 이미지를 데이터연산부의 한 화면에 표시한 후, 비교하면서 시간t0와 시간 t0 + △t에서 유체입자의 이동변위△x 및 △y를 측정하기 위하여 상호상관에 의한 유체입자 추적 기법을 이용하며, 이때, 빛의 밝기를 나타내는 함수를 각각f(m,n), g(m,n)이라고 가정하여 상호상관계수를 산출하는 상호상관계수계산단계와, 상호상관계수계산단계를 통해 구해진 상호상관계수의 정점 위치에서 가장 많이 이동한 유체입자의 이동변위△x 및 △y를 △t시간으로 나누어 유체의 속도벡터U(u,v)를 산출하는 유속산출단계구성되는 이차원 피아이브이 유량계의 측정방법에 있어서, 유속산출단계에서 구해진 유체의 속도벡터U(u,v)를 관의 단면적으로 적분하여 유체의 유량을 산출하는 유량산출단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for measuring the flow rate of the fluid using the two-dimensional piave flowmeter is a laser irradiation step of irradiating the fluid flowing through the inside of the tube with the laser light source irradiated through the laser unit, and the laser light source irradiated to the fluid in the laser irradiation step To capture the flow state of the fluid particles contained in the passing fluid at the first t 0 time, and to synchronize the laser pulse and the imaging signal by using the synchronization unit to take a second time after t 0 + △ t time, image acquisition Display the two images by using the two parts, and the two images taken in the shooting step on the screen of the data operation unit, and compare the time t 0 and time In order to measure the movement displacements Δx and Δy of fluid particles at t 0 + Δt, we use a cross-correlation fluid particle tracking technique, where a function representing the brightness of light is f (m, n), g, respectively. Calculation of the correlation coefficient assuming (m, n) and the displacement of the fluid particles most moved from the peak position of the correlation coefficient obtained through the correlation correlation calculation step Δx and Δy In the two-dimensional piave flow rate measuring method comprising a flow rate calculation step of calculating a velocity vector U (u, v) of a fluid by dividing Δt time, the velocity vector U (u, v) of the fluid obtained in the flow rate calculation step is calculated. It is characterized by consisting of a flow rate calculation step of calculating the flow rate of the fluid by integrating the cross-sectional area of the tube.

이에 상기한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The preferred embodiment of the present invention as described above will be described in detail based on the accompanying drawings.

첨부된 도 1a은 본 발명에 따른 피아이브이기법을 이용한 유체 입자의 변위를 나타낸 개념도이며, 도 1b는 본 발명에 따른 피아이브이기법을 이용한 유체 입장의 정성적가시화의 상태를 나타낸 촬영도이고, 도 1c는 본 발명에 따른 피아이브이기법을 이용한 유체 입자의 정량적 속도 계측의 상태를 나타낸 분석 촬영도이며, 도 2는 본 발명에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 구성도이고, 도 3 은 다른 실시 예에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 반달형실린더렌즈, 일측오목실린더렌즈, 양측오목실린더렌즈를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 구면형렌즈를 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 2에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 개념도이고, 도 7은 도 3에 따른 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 개념도이며, 도 8은 광학거울을 이용한 이차원 피아이브이 유량계의 측정을 위한 개념도이고, 도 9a, 9b는 본 발명에 따른 동기화장치부에 의한 영상획득부의 촬영신호를 레이저광원에 동기화하는 파형도이며, 도 10은 본 발명에 따른 이차원 피아이브이 유량계를 이용한 유량측정방법의 순서도이고, 도 11은 본 발명에 따른 입자영상함수와 상관영역을 나타낸 개념도이며, 도 12는 본 발명에 따른 상호상관계수의 형태를 나타낸 입체영상도이다.1A is a conceptual diagram illustrating displacement of a fluid particle using a fiave technique according to the present invention, and FIG. 1B is a photographic view showing a state of qualitative visualization of fluid position using a fiave technique according to the present invention. 1c is an analytical photograph showing the state of quantitative velocity measurement of fluid particles using the fiave technique according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram for measuring a two-dimensional piave flow meter according to the present invention, and FIG. The two-dimensional piave according to the example is a configuration diagram for the measurement of the flow meter, Figure 4 is a perspective view showing a half-moon cylinder lens, one side concave cylinder lens, both sides concave cylinder lens according to the present invention, Figure 5 is a two-dimensional piave 2 according to the present invention Fig. 6 is a perspective view showing a spherical lens of the flow meter, and Fig. 6 is a conceptual diagram for measuring the flow meter of the two-dimensional piave according to Fig. 7 is a conceptual diagram for measuring a two-dimensional piave flow meter according to Figure 3, Figure 8 is a conceptual diagram for measuring a two-dimensional piave flow meter using an optical mirror, Figure 9a, 9b is an image by the synchronization unit according to the present invention 10 is a waveform diagram of synchronizing an image pickup signal with a laser light source, and FIG. 10 is a flow chart of a flow measurement method using a two-dimensional piabe flowmeter according to the present invention, and FIG. 11 is a conceptual diagram showing a particle image function and a correlation region according to the present invention. 12 is a stereoscopic image showing the shape of the correlation coefficient according to the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 피아이브이기법을 이용한 유량계는 레이저광원(R)이 조사되는 레이저부(10)와, 레이저부(10)에서 조사된 레이저광원(R)을 이송하기 위한 연결부(20)와, 연결부(20)를 통해 공급된 레이저광원(R)을 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)에 조사하는 렌즈부(30)와, 렌즈부(30)를 통해 조사된 레이저광원(R)을 지나는 유체입자(Wa)의 상태를 촬영하는 영상획득부(40)와, 영상획득부(40)에 연결되어 촬영신호를 레이저펄스에 적합하도록 동기화시키는 동기화장치부(50)와, 동기화장치부(50)로부터 동기화되어 영상획득부(40)에서 촬영된 데이타를 전송받는 데이터연산부(60)로 이차원 피아이브이 유량계(100)가 구성된다.As shown in the drawing, the flow meter using the fiave method according to the present invention includes a laser unit 10 to which the laser light source R is irradiated, and a connection unit for transferring the laser light source R irradiated from the laser unit 10 ( 20 and the lens unit 30 for irradiating the fluid W flowing through the inside of the tube P with the laser light source R supplied through the connecting unit 20, and the laser irradiated through the lens unit 30. An image acquisition unit 40 for capturing the state of the fluid particle Wa passing through the light source R, and a synchronization device unit 50 connected to the image acquisition unit 40 to synchronize the photographing signal to be suitable for the laser pulse; The flowmeter 100 is configured as a two-dimensional piave a data operation unit 60 is synchronized from the synchronization device unit 50 receives the data captured by the image acquisition unit 40.

먼저, 상기 본 발명에서 사용되는 피아이브이란 유체의 유속을 구한 후, 유 량을 산출하는 방법으로서, 피아이브이(PIV:Particle Imaging Velocimetry) 또는 입자영상속도계측으로 지칭되며, 피아이브이에서 측정을 위하여 투입하는 입자는 1 ~ 100μm 크기의 나일론입자, 알루미늄 파우더, 구형유리입자, 실리콘 입자 등과 같이 유동장의 비중과 거의 동일한 입자들을 유동장에 투입한 후, 이들의 운동을 가시화기술 및 디지털 화상처리기술(Imaging Processing Technique)을 이용하여 해석함으로써 유동장 전체에 걸쳐서 속도 이차원 속도벡터를 얻어내는 계측기술이다.First, the piave used in the present invention is a method of calculating the flow rate after calculating the flow rate of a fluid, and is referred to as PIV (Particle Imaging Velocimetry) or particle image velocity measurement. The particles to be injected are particles that are almost equal to the specific gravity of the flow field, such as nylon particles, aluminum powder, spherical glass particles, and silicon particles of 1 to 100 μm in size, and then their motion is visualized and digital image processing technology (Imaging It is a measurement technique that obtains velocity two-dimensional velocity vector throughout the flow field by analyzing using Processing Technique.

즉, 피아이브이 계측방법은 유동장을 공간상의 동시다점방식으로 측정가능한 비접촉계측 기법으로서, 유동입자들의 변위정보를 담고 있는 입자화상(particle image)을 이용한 피아이브이 기법이 개발되어 정성적인 순간 유동정보뿐만 아니라 정량적인 속도장을 측정할 수 있는 것이다.In other words, the measurement method of the Piave is a non-contact measurement technique that can measure the flow field in the space multi-simultaneous method. The Piave technique using particle image containing displacement information of the flow particles has been developed, Rather, it can measure quantitative velocity fields.

또한, 피아이브이 계측방법에 의한 속도장 측정원리는 주어진 시간간격에 대하여 유동장에 삽입된 입자의 변위를 측정함으로써 속도를 구하는 방식이다. 따라서, 전기신호를 이용한 간접측정이 아니라 시간-변위를 이용한 직접측정으로서 전기신호에 대한 속도보정식이 필요 없는 것이 특징이다.In addition, the principle of velocity field measurement by Piave's measurement method is to find the velocity by measuring the displacement of particles inserted into the flow field for a given time interval. Therefore, it is a characteristic that the speed compensation equation for the electric signal is not necessary as the direct measurement using the time-displacement rather than the indirect measurement using the electric signal.

도 1a에 도시된 바와 같이, 피아이브이 계측방법에 의한 유체(W)에 함유된 유체입자(Wa)의 유속(속도장)을 산출하기 위한 개념도롤 살펴보면, 유체(W)가 흐르고 있는 상태에 함유된 하나의 유체입자(Wa)를 선정한 후, 유체입자(Wa)의 최초 위치 시간을 t0 라고 가정을 한다.As shown in FIG. 1A, when the piave is a conceptual diagram for calculating the flow rate (velocity field) of the fluid particles Wa contained in the fluid W by the measuring method, the fluid is contained in the flowing state. After selecting one fluid particle Wa, it is assumed that the initial position time of the fluid particle Wa is t 0 .

이후, 최초 유체입자(Wa)가 t0 + △t시간 동안 △x와 △y 만큼의 이동변위로 이동하여 유체입자(Wa)가 유체(W)를 따라 흐르게 된다.Thereafter, the first fluid particle Wa moves in the movement displacement by Δx and Δy for t 0 + Δt time so that the fluid particle Wa flows along the fluid W.

그리고, 도 1a에서 구해진 변위를 대입하여 아래의 수학식1을 이용하여 속도벡터U(u , v)를 구할 수 있다.Then, by substituting the displacement obtained in FIG. 1A, the velocity vectors U (u and v) may be obtained using Equation 1 below.

Figure 112006064794819-pat00001
Figure 112006064794819-pat00001

여기서, U : 전체의 속도벡터, u : △x의 이동변위를 △t로 나누어 구해진 x축 방향의 유속, v : △y의 이동변위를 △t로 나누어 구해진 y축 방향의 유속을 나타낸다. Here, U is the velocity vector of the whole, u: the flow velocity in the x-axis direction obtained by dividing the movement displacement of Δx by Δt, and the flow velocity in the y-axis direction obtained by dividing the movement displacement of v: Δy by Δt.

즉, x축 방향의 유속 u와 y축 방향의 유속 v를 구함으로써, 2차원적인 유속U(u,v)를 산출하게 되는 것이다.In other words, the two-dimensional flow velocity U (u, v) is calculated by obtaining the flow velocity u in the x-axis direction and the flow velocity v in the y-axis direction.

도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 먼저, 도 1b는 t0때의 유체(W; 검정색으로 도시된 부분) 및 유체(W)에 함유된 유체입자(Wa; 흰색으로 도시된 부분)가 흐르는 것을 촬영하여 도시한 것이며, 도 1c는 피아이브이계측방법을 이용하여 정량적 속도 계측을 위해 분석하여 도시한 것으로서, 흰색으로 도시된 부분이 유체(W)를 나타내며, 유체입자(Wa)는 검정색 화살표로 도시된 부분으로 이동되는 방향을 동시에 나타내고 있어 유체입자(Wa)의 흐름상태를 정확히 파악가능하며 각 단면에 대해 유속의 빠르기를 쉽게 측정할 수 있는 기법이다.As shown in FIGS. 1B and 1C, first, FIG. 1B shows a fluid W at t 0 (a portion shown in black) and a fluid particle Wa contained in a fluid W (a portion shown in white). Figure 1c is a picture showing the flow, Figure 1c is shown by analyzing for the quantitative velocity measurement using the Piave two measurement method, the portion shown in white represents the fluid (W), the fluid particle (Wa) is a black arrow Simultaneously showing the direction of movement to the portion shown by the can be accurately grasp the flow state of the fluid particles (Wa) and is a technique that can easily measure the speed of the flow rate for each cross section.

아울러, 유체입자(Wa)는 유량(Q)의 측정을 위해 유체(W)에 임의적인 입자를 첨가하는 것으로서, 유체입자(Wa)의 직경은 시스템의 측정 불확실성과 매우 중요한 관계가 있으며, 직경이 작을수록 우수한 유체 추종성을 가지고 있으나, 평면광원(Ra)의 강도가 약해 신호대 잡음비가 높아질 수 있으므로 적절한 크기의 선택이 중요하다.In addition, the fluid particle Wa is an arbitrary particle added to the fluid W for measuring the flow rate Q. The diameter of the fluid particle Wa is very important to the measurement uncertainty of the system. Smaller ones have better fluid followability, but the strength of the planar light source Ra may be weak, which may result in a high signal-to-noise ratio.

그래서, 본 발명에서는 나일론입자, 알루미늄 파우더, 구형유리입자, 실리콘 입자 등과 같은 유체입자(Wa)를 사용가능하나, 유체입자(Wa)를 정량적으로 투입해야 하는 장치가 부가적으로 필요한 점과 측정이 종료된 후 유체입자(Wa)를 회수하는 회수공정을 발생시키지 않으며, 측정 유체의 오염을 방지하기 위하여 유체(W)내에 함유되어 있는 부유물질을 유체입자(Wa)로 대체하여 측정하도록 구성된다. Therefore, in the present invention, it is possible to use the fluid particles Wa such as nylon particles, aluminum powder, spherical glass particles, silicon particles, etc. It does not generate a recovery process for recovering the fluid particles Wa after completion, and is configured to replace the suspended solids contained in the fluid W with the fluid particles Wa to prevent contamination of the measurement fluid.

도 2 내지 도 9b에 도시된 바와 같이, 레이저부(10)는 외부로부터 전원을 인가받아 레이저광원(R)을 조사하는 장치이다.2 to 9B, the laser unit 10 is a device for irradiating the laser light source (R) by receiving power from the outside.

그리고, 레이저광원(R)은 가시광으로 조사되는 것을 조건으로 한다.The laser light source R is subject to irradiation with visible light.

아울러, 레이저광원(R)은 조사하는 방식이 크게 두 가지로 나누어질 수 있다.In addition, the laser light source (R) may be divided into two types of irradiation.

첫 번째의, 펄스방식의 레이저는 일정한 펄스를 형성하는 레이저로써, 레이저광원(R)의 세기는 펄스당 에너지가 1mJ 이상으로 조사하도록 구성된다.First, the pulsed laser is a laser forming a constant pulse, the intensity of the laser light source (R) is configured so that the energy per pulse is irradiated with 1mJ or more.

두 번째의, 연속방식의 레이저는 펄스가 형성되지 않고 연속적으로 레이저광원(R)을 발생시키는 방식으로, 레이저광원(R)의 세기는 최대 파워가 500mW 이상으로 조사되도록 구성된다.Secondly, the continuous laser generates a laser light source R continuously without generating pulses, and the intensity of the laser light source R is configured to irradiate a maximum power of 500 mW or more.

그러나, 연속방식의 레이저를 이용하는 레이저부(10)는 연속적으로 조사되는 레이저광원(R)에 일정한 펄스를 형성시킬 수 있는 레이저셔터(11)를 구비하여 사용하는 것이 바람직하다.However, the laser unit 10 using the continuous laser is preferably used with the laser shutter 11 capable of forming a constant pulse on the laser light source R irradiated continuously.

아울러, 레이저셔터(11)는 연속방식의 레이저광원을 펄스방식으로 바꿔주기 위하여 10Hz이상으로 발진 가능하여야 하며, 각 펄스는 1μs이내의 정확도로 제어 될 수 있는 것으로 구성되어야 한다.In addition, the laser shutter 11 should be capable of oscillating at 10 Hz or more in order to change the continuous laser light source into a pulse method, and each pulse should be configured to be controlled with an accuracy of 1 μs or less.

그러나, 본 발명에서는 유속을 측정하기 위해 간단하면서 정확한 측정과 편의성, 측정장치의 구조와 비용의 절감을 위하여 펄스방식의 레이저광원(R)을 발생시키는 펄스방식의 레이저부(10)를 사용하는 것이 바람직하겠다.However, in the present invention, it is preferable to use the pulsed laser unit 10 which generates the pulsed laser light source R for simple and accurate measurement and convenience, and the structure and cost of the measuring device for measuring the flow velocity. It would be desirable.

그리고, 연결부(20)는 레이저부(10)에서 조사된 레이저광원(R)을 이송하기 위한 장치이다.The connecting portion 20 is a device for transferring the laser light source R irradiated from the laser portion 10.

한편, 연결부(20)는 광케이블(21)의 양단에 커넥터(22)가 각각 형성되며, 일측의 커넥터(22)는 레이저부(10)에 연결되며, 타측의 커넥터(22)는 렌즈부(30)에 연결되어 구성된다.On the other hand, the connector 20 is a connector 22 is formed on both ends of the optical cable 21, one connector 22 is connected to the laser unit 10, the other connector 22 is the lens unit 30 It is connected to and configured.

또한, 연결부(20)는 레이저부(10)에서 발생되는 레이저광원(R)을 측정하고자 하는 렌즈부(30)까지 이송하도록 구성된 것이다.In addition, the connection unit 20 is configured to transfer the laser light source R generated by the laser unit 10 to the lens unit 30 to be measured.

아울러, 본 발명에서는 연결부(20)의 광케이블(21) 및 커넥터(22)을 이용하여 레이저광원(R)을 이송할 수 있도록 구성된다.In addition, the present invention is configured to transfer the laser light source (R) using the optical cable 21 and the connector 22 of the connecting portion 20.

그리고, 다른 실시 예로서의 연결부(20)는 레이저부(10)의 레이저광원(R)을 입사 받은 후, 렌즈부(30)로 반사할 수 있는 광학거울(23)을 이용하여 구성할 수도 있다.In addition, the connection part 20 as another embodiment may be configured by using the optical mirror 23 which can reflect the laser light source R of the laser part 10 and then reflect it to the lens part 30.

그러나, 광학거울(23) 또는 광케이블(21)을 이용하여 구성할 경우에는 레이저광원(R)의 펄스 및 세기에 영향을 끼치지 않는 것으로 구성되어야 할 것이다.However, in the case of using the optical mirror 23 or the optical cable 21, it should be configured that does not affect the pulse and intensity of the laser light source (R).

아울러, 렌즈부(30)는 연결부(20)를 통해 공급된 레이저광원(R)을 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)에 조사하는 장치이다.In addition, the lens unit 30 is a device for irradiating the fluid (W) flowing inside the tube (P) to the laser light source (R) supplied through the connecting portion (20).

또한, 렌즈부(30)는 연결부(20)로부터 이송된 레이저광원(R)을 직접적으로 공급받아 펄스방식의 레이저광원을 평면광원(Ra)으로 변환시키는 실린더렌즈(31)가 형성되며, 실린더렌즈(31)를 통과하여 평면광원(Ra)으로 변환된 레이저광원(R)의 두께를 조절하며 분산시키는 구면형렌즈(32)로 구성된다.In addition, the lens unit 30 is provided with a cylinder lens 31 for directly receiving the laser light source (R) transferred from the connecting portion 20 to convert the pulsed laser light source into a planar light source (Ra), the cylinder lens It consists of a spherical lens 32 which passes through the 31 and controls and disperses the thickness of the laser light source R converted into the planar light source Ra.

이러한, 실린더렌즈(31)는 반달형인 반달실린더렌즈(31a), 일측은 평면이되 타측은 오목형상인 일측오목실린더렌즈(31b), 양측이 오목형상인 양측오목실린더렌즈(31c)를 이용하여 구성할 수 있다.The cylinder lens 31 uses a half moon cylinder lens 31a having a half moon shape, one side of which is planar, and one side concave cylinder lens 31b having a concave shape, and both side concave cylinder lenses 31c having both concave shapes. Can be configured.

아울러, 반달실린더렌즈(31a), 일측오목실린더렌즈(31b), 양측오목실린더렌즈(31c)의 모양은 평면상에서 도시한 모양을 나타낸 것이며, 반달실린더렌즈(31a)의 경우에는 평편한 면에 레이저광원(R)이 입사되어 둥근면으로 투과되어 레이저광원(R)을 조사하는 것이고, 일측오목실린더렌즈(31b) 및 양측오목실린더렌즈(31c)는 오목한 면에 레이저광원(R)이 입사되어 반대측으로 투과시켜 조사되도록 구성된 것이다.In addition, the shape of the vandal cylinder lens 31a, the one side concave cylinder lens 31b, and the two side concave cylinder lens 31c is shown in a planar view, and in the case of the vandal cylinder lens 31a, the laser is flat on the flat surface. The light source R is incident and transmitted through the rounded surface to irradiate the laser light source R. The one side concave cylinder lens 31b and the two side concave cylinder lens 31c are incident to the concave surface with the laser light source R incident. It is configured to be irradiated with light.

한편, 구면형렌즈(32)는 양측이 볼록하게 융기된 원형상으로 실린더렌즈(31)를 통과하여 평면광원(Ra)으로 변환된 레이저광원(R)의 두께를 확장시켜 조사되도록 구성된 것이다.On the other hand, the spherical lens 32 is configured to be irradiated by extending the thickness of the laser light source (R) converted to the planar light source (Ra) by passing through the cylinder lens 31 in a convex raised circular shape.

본 발명에서는, 구면형렌즈(32)를 사용하여 피아이브이 유량계(100)를 구성하였으나, 경우에 따라 구면형렌즈(32)를 사용하지 않은 상태로 렌즈부(30)를 구성할 수도 있다.In the present invention, although the fiave constitutes the flowmeter 100 using the spherical lens 32, the lens unit 30 may be configured without using the spherical lens 32 in some cases.

또한, 평면광원(Ra)이란, 피아이브이 즉, 입자영상유속 계측에서 사용되는 광원으로 라인(line) 형태의 레이저광원(R)을 이차원 평면형태로 확산 분포시킨 것이며, 라인 형태의 레이저광원(R)을 평면광원(Ra)으로 변환하기 위해서는 실린더렌즈(31)를 이용하는 방법뿐만 아니라, 회전거울 또는 틸팅거울, 프리즘 등 다양한 기법을 이용하여 구성가능 하다.In addition, the planar light source Ra is This means that It is a light source used in particle image flow rate measurement. It is a diffusive distribution of a line-shaped laser light source R in a two-dimensional plane form. In order to convert the line-shaped laser light source R into a planar light source Ra, a cylinder lens is used. In addition to the method of using (31), it can be configured using a variety of techniques such as a rotating mirror or a tilting mirror, a prism.

그리고, 영상획득부(40)는 렌즈부(30)를 통해 조사된 레이저광원(R)을 지나는 유체입자(Wa)의 상태를 정해진 시간 t0와 시간t0 + △t에서 촬영하여 두 장의 이미지가 촬영되도록 구성된다.The image acquisition unit 40 determines the state of the fluid particles Wa passing through the laser light source R irradiated through the lens unit 30 at a predetermined time t 0 and time t 0. Two images are taken by shooting at + Δt.

이러한, 영상획득부(40)를 구성가능한 영상입력장치로는 CCD카메라 또는 CMOS카메라를 사용하여 구성할 수 있다.As an image input device that can configure the image acquisition unit 40, the image acquisition unit 40 can be configured using a CCD camera or a CMOS camera.

한편, 영상획득부(40)를 구성하는 카메라의 해상도는 유체(W) 유속(속도장)의 공간분해능력과 밀접한 관련이 있으므로 해상도가 높은 것을 사용하는 것이 바람직할 것이다.On the other hand, since the resolution of the camera constituting the image acquisition unit 40 is closely related to the spatial resolution of the fluid (W) flow velocity (velocity field), it may be preferable to use a higher resolution.

아울러, 영상획득부(40)에서 사용되는 영상신호는 아날로그방식과 디지털방식으로 나눌 수 있다. In addition, the image signal used in the image acquisition unit 40 can be divided into analog and digital methods.

즉, 본 발명에서는 아날로그방식과 디지털방식을 모두 사용가능하나, 아날로 그방식의 영상신호는 A/D변환에 의한 오차와 과잉반응(jittering)에 의한 영향으로 디지털방식을 적용한 경우보다 계측 오차가 크게 되므로 디지털방식의 카메라로 구성하여 사용하는 것이 바람직할 것이다.That is, in the present invention, both analog and digital methods can be used, but the analog video signal has a measurement error than the digital method due to the error caused by A / D conversion and the effect of jittering. Since it becomes larger, it would be desirable to use a digital camera.

이때, 영상획득부(40)에 사용되는 카메라의 프레임속도는 입자영상유속계 시스템의 성능을 좌우하는 중요한 요소로서 초당 20프레임(frame) 이상의 것으로 구성한다.In this case, the frame rate of the camera used in the image acquisition unit 40 is an important factor that determines the performance of the particle image flowmeter system and is configured to be 20 frames or more per second.

또한, 영상획득부(40)의 상호상관 입자영상유속계 시스템에서는 두 장의 연속된 이미지로부터 유속(속도장)을 추출하게 되므로 이미지의 프레임과 프레임 사이의 사영역(dead zone)이 100μs이하가 되도록 구성한다.In addition, the cross-correlation particle image flowmeter system of the image acquisition unit 40 extracts the flow velocity (velocity field) from two consecutive images, so that the dead zone between the frame and the frame of the image is 100 μs or less. do.

여기서, 사영역(dead zone)이란, 시간 t0와 시간t0 + △t에서 촬영할 때, t0를 일차적으로 촬영한 후, t0 + △t에 두 번째 촬영을 하기까지의 카메라셔터가 닫혀진 상태의 영역을 말하는 것이다.Here, dead zone means time t 0 and time t 0. When shooting at + Δt, shoot t 0 first, then t 0 It means the area where the camera shutter until the second shooting is closed at + DELTA t.

더불어, 영상획득부(40)는 영상그래버를 선택함에 있어 인터레이스(Interlace)방식보다는 풀 프레임(Full Frame)방식을 선택하여 사용하는 것이 바람직 하며, 전용의 영상그래버가 있는 디지털카메라를 사용하여 영상의 열화를 방지 하도록 구성되어야 한다.In addition, the image acquisition unit 40 preferably selects and uses the full frame method rather than the interlace method in selecting an image grabber, and uses a digital camera having a dedicated image grabber to It should be configured to prevent deterioration.

한편, 렌즈부(30)는 플랜지관(Pa)의 상부정점에 위치되되, 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)에 레이저광원(R)을 조사가능하게 전방의 일부분이 플랜지관(Pa)에 내부에 삽입되며, 영상획득부(40)는 플랜지관(Pa)의 좌우정점 중 일측에 고정되되, 촬영가능하게 전방의 일부분이 유체가 흐르는 플랜지관(Pa)의 내부에 삽입되어 형성되고, 렌즈부(30)와 영상획득부(40)의 접점은 90˚를 이루도록 구성된다.On the other hand, the lens portion 30 is located at the upper peak of the flange tube (Pa), the front portion of the flange tube (Pa) to irradiate the laser light source (R) to the fluid (W) flowing inside the tube (P). Is inserted into the inside, and the image acquisition unit 40 is fixed to one side of the left and right apex of the flange tube (Pa), a part of the front is formed to be inserted into the inside of the flange tube (Pa) flowing fluid to be photographed The contact between the lens unit 30 and the image acquisition unit 40 is configured to form 90 °.

본 발명에서는, 바람직한 측정과 현장에 설치된 관(P)에 대하여 유량을 측정하기 위해서는 먼저, 직선관(P)의 일부분을 절단한 후 절단부 주변으로 플랜지(도면번호 미도시)를 형성하며, 절단된 부분의 크기와 동일한 플랜지관(Pa)을 구성한다.In the present invention, in order to measure the flow rate with respect to the pipe (P) installed in the field and the preferred measurement, first cut a portion of the straight pipe (P), and then form a flange (not shown) around the cut portion, Construct a flange tube (Pa) that is the same size as the part.

이후, 플랜지관(Pa)의 상부 최정점에 홀(Pb)을 형성시켜 렌즈부(30)의 전방을 삽입한 후, 실링 방식으로 관(P) 내부를 흐르는 유체(W)의 누수를 방지하며, 외부로는 볼트체결방식이나 고정클램프(도면 미도시)를 이용하여 고정된다.Thereafter, a hole Pb is formed at the uppermost point of the flange tube Pa to insert the front of the lens unit 30, and then the leak of the fluid W flowing inside the tube P is prevented by sealing. It is fixed to the outside using a bolting method or a fixed clamp (not shown).

아울러, 플랜지관(Pa)의 양측 정점 중 한 곳에 홀(Pc)를 형성시켜 영상획득부(40)의 전방이 삽입한 후, 실링 방식으로 관(P) 내부를 흐르는 유체(W)의 누수를 방지하며, 외부로는 볼트체결방식이나 고정클램프(도면 미도시)를 이용하여 고정된다.In addition, after the front of the image acquisition unit 40 is formed by forming a hole Pc at one of both apex of the flange pipe Pa, the leak of the fluid W flowing inside the pipe P is sealed. It is prevented and fixed to the outside using a bolting method or a fixed clamp (not shown).

이러한, 플랜지관(Pa)는 절단된 직선관(Pd)과 수밀성이 유지될 수 있도록 직선관(Pd)의 플랜지와 플랜지관(Pa)의 플랜지 사이에 고무링(도면상 미도시)을 끼워 체결하여 측정을 할 수 있도록 구성된다.The flange pipe Pa is fastened by inserting a rubber ring (not shown in the drawing) between the cut straight pipe Pd and the flange of the straight pipe Pd and the flange of the flange pipe Pa so that watertightness can be maintained. It is configured to make a measurement.

즉, 레이저부(10)에서 조사된 레이저광원(R)은 연결부(20)를 통해 렌즈부(30)로 이송된 레이저광원(R)이 평면광원(Ra)으로 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)의 상부로부터 하부로 조사하게 되는 것이다.That is, the laser light source R irradiated from the laser unit 10 flows the inside of the tube P to the plane light source Ra through which the laser light source R transferred to the lens unit 30 through the connection unit 20 flows. Irradiation from the top to the bottom of the fluid (W).

이렇게, 렌즈부(30)로부터 조사된 평면광원(Ra)의 레이저광원(R)은 유체(W) 를 통과하여 관(P)의 바닥까지 조사되게 되는데, 이때, 영상획득부(40)는 평면광원(Ra)의 측면에서 평면광원(Ra)을 통과하며 흐르는 유체(W)에 함유된 유체입자(Wa)를 촬영하도록 구성된다.In this way, the laser light source R of the planar light source Ra irradiated from the lens unit 30 passes through the fluid W to be irradiated to the bottom of the tube P. At this time, the image acquisition unit 40 is a plane It is configured to photograph the fluid particles (Wa) contained in the fluid (W) flowing through the planar light source (Ra) at the side of the light source (Ra).

그리고, 동기화장치부(50)는 영상획득부(40)에 연결되어 영상획득부(40)를 구성하는 카메라의 촬영신호를 렌즈부(30)의 실린더렌즈(31)를 통과하면서 평면광(Ra)으로 변환되고, 구면형렌즈(32)를 이용하여 분산된 레이저광원(R)의 펄스에 적합하게 동기화시킬 수 있도록 구성된 것이다.In addition, the synchronization device unit 50 is connected to the image acquisition unit 40 and passes the image pickup signal of the camera constituting the image acquisition unit 40 while passing through the cylinder lens 31 of the lens unit 30. ) And is configured to properly synchronize to the pulses of the laser light source R dispersed using the spherical lens 32.

즉, 동기화장치부(50)는 영상획득부(40)와 레이저광원(R)을 동기화하기 위한 TTL 형태의 신호를 발생하는 장치로서 신호의 정확도가 1μs이내의 것을 사용하도록 구성된다.That is, the synchronization device unit 50 is a device for generating a TTL-type signal for synchronizing the image acquisition unit 40 and the laser light source (R) is configured to use the accuracy of the signal within 1μs.

아울러, 동기화장치부(50)로부터 발생되는 동기신호는 카메라 촬영신호와 펄스방식의 레이저 신호제어는 아래의 두 가지 방식 중 하나로 사용될 수 있다.In addition, the synchronization signal generated from the synchronization device unit 50 may be used in one of the following two methods, the camera signal and the pulsed laser signal control.

첫번째로는, 본 발명에서 사용되는 방식으로 레이저광원(R)의 첫 번째 펄스가 카메라 촬영신호의 첫번째 프레임 뒷부분과 레이저광원(R)의 두 번째 펄스가 카메라 촬영신호의 두 번째 프레임 앞부분에서 조사가 되는 경우가 있다.First, in the manner used in the present invention, the first pulse of the laser light source R is emitted after the first frame of the camera photographing signal and the second pulse of the laser light source R is emitted at the beginning of the second frame of the camera photographing signal. It may become.

두번째로는, 레이저광원(R)중 한 쌍의 펄스가 카메라 촬영신호의 첫 번째 프레임과 두 번째 프레임의 중앙부분에서 조사가 되는 경우가 있다.Secondly, a pair of pulses of the laser light source R may be irradiated at the center of the first frame and the second frame of the camera photographing signal.

한편, 데이터연산부(60)는 동기화장치부(50)로부터 동기화되어 영상획득부(40)에서 촬영된 데이타를 전송받도록 구성된다.On the other hand, the data operation unit 60 is configured to receive the data captured by the image acquisition unit 40 is synchronized from the synchronization device unit 50.

즉, 데이터연산부(60)는 연산과 영상획득부(40)에서 촬영된 두 장의 이미지 를 비교, 분석, 대조할 수 있는 소프트웨어가 구비되고, 윈도우닝(windowing)이 가능한 컴퓨터나 기타장치를 이용하여 구성된다.That is, the data operation unit 60 is provided with software for comparing, analyzing, and contrasting two images captured by the operation and image acquisition unit 40, and using a computer or other device capable of windowing. It is composed.

상기와 같이 구성된 본 발명의 이차원 피아이브이 유량계를 이용하여 유량을 구하는 방법은 다음과 같다.The method for obtaining the flow rate using the two-dimensional piave of the present invention configured as described above is as follows.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 먼저, 레이저조사단계(S1)는 레이저부(10)를 통해 레이저광원(R)을 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)에 조사하는 단계이다.10 to 12, first, the laser irradiation step (S1) is a step of irradiating the fluid (W) flowing inside the tube (P) through the laser unit (10). .

즉, 레이저부(10)에 전원을 인가하게 되면 본 발명에서 채택되어 사용되는 펄스방식의 레이저광원(R)이 일정한 펄스를 형성하며 조사되게 된다.That is, when power is applied to the laser unit 10, the pulsed laser light source R adopted and used in the present invention is irradiated to form a constant pulse.

반면, 연속방식의 레이저광원(R)을 사용하는 경우에는 연속방식으로 조사되는 레이저광원(R)에 펄스를 형성시키기 위해 레이저셔터(11)를 이용하여 펄스를 형성시키게 된다.On the other hand, in the case of using the continuous laser light source (R) to form a pulse on the laser light source (R) irradiated in the continuous method to form a pulse by using the laser shutter (11).

이렇게, 레이저부(10)에서 조사된 레이저광원(R)은 레이저부(10)에 연결된 커넥터(22), 광케이블(21)을 순차적으로 지나며 이송된 후, 렌즈부(30)에 연결된 커넥터(22)를 통해 렌즈부(30)에 레이저광원(R)을 이송시키게 된다.In this way, the laser light source R irradiated from the laser unit 10 is transferred to the connector 22 and the optical cable 21 sequentially connected to the laser unit 10, and then the connector 22 connected to the lens unit 30. The laser light source (R) is transferred to the lens unit 30 through).

이후, 렌즈부(30)에서는 연결부(20)를 통해 이송된 레이저광원(R)이 실린더렌즈(31)를 통과하면서 두께가 얇은 삼각형 형상의 이차원적인 평면광원(Ra)으로 변환하게 된다.Subsequently, in the lens unit 30, the laser light source R transferred through the connection unit 20 passes through the cylinder lens 31 and is converted into a two-dimensional planar light source Ra having a thin thickness.

그리고, 실린더렌즈(31)에 의해 평면광원(Ra)으로 변환된 레이저광원(R)을 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)에 조사하는 것이다.Then, the laser light source R converted by the cylinder lens 31 into the planar light source Ra is irradiated to the fluid W flowing inside the pipe P.

그러나, 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)의 면적이 실린더렌즈(31)에서 변환된 평면광원(Ra)의 투과성이 낮을 경우에는 평면광원(Ra)의 투과성을 향상시키기 위하여 실린더렌즈(31)에 의해 변환된 평면광원(Ra)을 구면형렌즈(32)에 통과시켜 두께가 두꺼워진 삼각형 형상의 평면광원(Ra)을 유체에 조사하게 된다.However, when the area of the fluid W flowing inside the tube P is low in transmittance of the planar light source Ra converted by the cylinder lens 31, the cylinder lens ( The planar light source Ra converted by 31 is passed through the spherical lens 32 to irradiate the fluid with the triangular planar light source Ra having a thick thickness.

즉, 렌즈부(30)을 통해 평면광원(Ra)으로 변환된 레이저광원(R)은 관(P)의 길이방향 측으로 내부를 흐르는 유체(W)의 흐름방향에 대하여 수직되게 조사되는 것이다.That is, the laser light source R converted into the planar light source Ra through the lens unit 30 is irradiated perpendicularly to the flow direction of the fluid W flowing in the longitudinal direction of the tube P.

그리고, 촬영단계(S2)는 레이저조사단계(S1)에서 유체(W)에 조사된 레이저광원(R)를 통과하는 유체(W)에 함유된 유체입자(Wa)의 흐름상태를 주어진 t0시간에서 일차로 촬영하고, t0 + △t시간 후에 이차로 촬영하기 위해 동기화장치부(50)를 이용하여 레이저펄스와 촬영신호를 동기화시키며, 영상획득부(40)를 이용하여 두 개의 이미지로 촬영하는 단계이다.Then, the photographing step (S2) is given a flow state of the fluid particles (Wa) contained in the fluid (W) passing through the laser light source (R) irradiated to the fluid (W) in the laser irradiation step (S1) t 0 time To take the first shot, to synchronize the laser pulse and the shooting signal using the synchronizing unit 50 in order to take a second shot after t 0 + △ t time, and to take two images using the image acquisition unit 40 It's a step.

또한, 촬영단계(S2)에서의 영상획득부(40)는 렌즈부(30)가 설치된 동일한 원주상에 설치되되, 렌즈부(30)와 90°를 이루도록 관의 양측면 정점 중 한 곳에 설치된다.In addition, the image acquisition unit 40 in the photographing step (S2) is installed on the same circumference in which the lens unit 30 is installed, it is installed at one of both side vertices of the tube to form 90 ° with the lens unit 30.

즉, 영상획득부(40)를 통해 렌즈부(30)를 통해 조사되는 레이저광원(R)을 측면을 투시하게 되면 삼각형상으로 보여지게 되는 것이다.That is, when the side surface of the laser light source (R) irradiated through the lens unit 30 through the image acquisition unit 40 is viewed in a triangle shape.

아울러, 촬영단계(S2)에서의 동기화장치부(50)는 렌즈부(30)를 통해 조사된 평면광원(Ra)의 임의의 첫 번째 펄스 정점과 t0시간의 조건으로 촬영하여 첫 번째 이미지를 획득한 후, 연속되는 다음의 두 번째 펄스 정점과 t0 + △t시간의 조건으로 두 번째 촬영을 하여 평면광원(Ra)을 통과하는 유체(W)에 함유된 유속입자(Wa)의 이동변위△x 및 △y를 측정가능한 두 장의 이미지를 획득하게 된다.In addition, the synchronizing device unit 50 in the photographing step (S2) is photographed under the condition of t 0 time and any first pulse peak of the planar light source Ra irradiated through the lens unit 30 to capture the first image. After the acquisition, at the next consecutive second pulse peak and t 0 + Δt time A second image is taken to obtain two images capable of measuring the displacement displacements Δx and Δy of the flow velocity particles Wa contained in the fluid W passing through the plane light source Ra.

이렇게, 촬영단계(S2)에서 촬영된 전체 이미지에서 (M×N) 크기의 상관영역을 추출하는 것이다.In this way, a correlation region of (M × N) size is extracted from the entire image photographed in the photographing step S2.

즉, M 은 가로 픽셀 값의 함수이며, N은 세로 픽셀 값의 함수이며, 픽셀의 설정은 64×64 또는 32×32의 크기로 설정가능하다.That is, M is a function of the horizontal pixel value, N is a function of the vertical pixel value, and the setting of the pixel can be set to a size of 64x64 or 32x32.

그리고, 상호상관계수계산단계(S3)는 촬영단계(S2)에서 촬영된 두 개의 이미지를 데이터연산부(60)의 한 화면에 표시한 후, 비교하면서 t0 t0 + △t시간에서 유체입자(Wa)의 이동변위△x 및 △y를 측정하기 위하여 상호상관에 의한 유체입자(Wa) 추적 기법을 이용하며, 이때, 빛의 밝기를 나타내는 함수를 각각f(m,n), g(m,n)이라고 가정하여 상호상관계수(R(p,q))를 산출하는 단계이다.The correlation coefficient calculating step S3 displays two images taken in the shooting step S2 on one screen of the data calculating unit 60, and then compares t 0 with t 0 In order to measure the displacements Δx and Δy of the fluid particles Wa at Δt time, a fluid particle Wa tracking technique is used. It is a step of calculating the correlation coefficient R (p, q) on the assumption that, n) and g (m, n).

즉, 아래의 방정식을 이용하여 상호상관계수(R(p,q))를 구하게 된다.In other words, the correlation coefficient R (p, q) is obtained using the following equation.

Figure 112006064794819-pat00002
Figure 112006064794819-pat00002

아울러, 상호상관계수(R(p,q))는 t0의 시간에서 유체입자(Wa)와 t0 + △t후 시간에서의 유체입자(Wa)가 △x 및 △y의 이동변위로 움직인 상태를 파악하는 것이다. In addition, the correlation coefficient R (p, q) is equal to the fluid particle Wa at a time t 0 . t 0 It is to grasp the state in which the fluid particle Wa moves at the movement displacement of Δx and Δy after + DELTA t.

그리고, 유속산출단계(S4)는 상호상관계수계산단계(S3)를 통해 구해진 상호상관계수(R(p,q))를 통해 가장 많이 이동한 유체입자(Wa)의 이동변위△x 및 △y를 △t시간으로 나누어 유체(W)의 속도벡터U(u,v)를 산출하는 단계이다.In addition, the flow rate calculation step S4 includes movement displacements Δx and Δy of the fluid particles Wa most moved through the correlation coefficients R (p, q) obtained through the correlation coefficient calculation step S3. It is a step of calculating the velocity vector U (u, v) of the fluid W by dividing by [Delta] t time.

즉, 상기 수학식 1에서 이용되었던 동일한 계산식을 이용하여 속도벡터U(u,v)를 구하게 된다.That is, the velocity vector U (u, v) is obtained using the same calculation formula used in Equation (1).

아울러, 유량산출단계(S5)는 유속산출단계(S4)에서 구해진 유체(W)의 속도벡터U(u,v)를 관(P)의 단면적으로 적분하여 유체(W)의 유량(Q)을 산출하는 단계이다.In addition, the flow rate calculation step S5 integrates the velocity vectors U (u, v) of the fluid W obtained in the flow rate calculation step S4 by the cross section of the pipe P to determine the flow rate Q of the fluid W. Calculation step.

즉, 유량(Q)는 아래의 계산식을 통해 얻어진다.That is, the flow rate Q is obtained through the following formula.

Figure 112006064794819-pat00003
Figure 112006064794819-pat00003

여기서, U: 속도벡터 dy: 관의 단면적, Uj: 관 단면상의 j번째 속도, △y: j 과 이웃하는 j와의 거리를 나타낸다.Here, U: velocity vector dy: cross section of the tube, Uj: j-th velocity on the cross section of the tube, Δy: j and the distance between the neighboring j.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to certain preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications can be made by those who have

이상에서와 같이 본 발명은 관의 내부를 흐르는 유체의 유량을 산출하기 위하여 관을 관통하되, 관의 내부를 흐르는 유체의 흐름을 방해하지 않는 비접촉 측정방식을 이용하여 유체의 압력저하현상을 일으키지 않도록 구조가 개선되는 효과가 있다.As described above, the present invention penetrates the pipe to calculate the flow rate of the fluid flowing inside the pipe, so as not to cause a pressure drop of the fluid by using a non-contact measurement method that does not interfere with the flow of the fluid flowing inside the pipe. There is an effect that the structure is improved.

그리고, 유체의 종류, 온도, 점도 등과 같은 조건에 제약받지 않고 유량을 측정가능 하며, 유체가 흐르는 관에 홀을 형성하여 렌즈부 및 영상획득부를 설치함으로 측정을 위한 측정장치의 구조가 간단하고, 레이저광원을 통과하는 유체입자들이 일정시간 동안 움직인 유체입자의 이동변위를 판단하여 유속을 계산 후, 수학식에 의해 유량을 산출하여 정확도가 높아지도록 구조가 개선되는 효과가 있다.And, it is possible to measure the flow rate without being restricted by the conditions such as the type, temperature, viscosity of the fluid, and the structure of the measuring device for the measurement is simple by forming a hole in the tube through which the fluid flows and installing the lens unit and the image acquisition unit, After the fluid particle passing through the laser light source determines the displacement of the fluid particle moved for a predetermined time, the flow rate is calculated, the flow rate is calculated by the equation, and the structure is improved to increase the accuracy.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 레이저광원(R)이 조사되는 레이저부(10)와, 레이저부(10)에서 조사된 레이저광원(R)을 이송하기 위한 연결부(20)와, 연결부(20)를 통해 이동된 레이저광원(R)을 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)에 조사하는 렌즈부(30)와, 렌즈부(30)를 통해 조사된 레이저광원(R)을 지나는 유체입자(Wa)의 상태를 촬영하는 영상획득부(40)와, 영상획득부(40)에 연결되어 촬영신호를 레이저펄스에 적합하도록 동기화시키는 동기화장치부(50)와, 동기화장치부(50)로부터 동기화되어 영상획득부(40)에서 촬영된 이미지데이타를 전송받는 데이터연산부(60)로 구성되며, 상기 렌즈부(30)는 연결부(20)를 통해 공급되는 레이저광원(R)을 평면광원(Ra)으로 변환시키는 실린더렌즈(31)와, 실린더렌즈(31)를 통해 변환된 평면광원(Ra)의 두께를 조절하는 구면형렌즈(32)로 구성되는 이차원 피아이브이 유량계에 있어서, 상기 렌즈부(30)는 플랜지관(Pa)의 상부정점에 위치되되, 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)에 레이저광원(R)을 조사가능하게 전방의 일부분이 플랜지관(Pa)의 내부에 삽입되며, 영상획득부(40)는 플랜지관(Pa)의 좌우측정점중 일측에 고정되되, 촬영가능하게 전방의 일부분이 유체가 흐르는 플랜지관(Pa)의 내부에 삽입되어 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이차원 피아이브이 유량계.The laser unit 10 irradiated with the laser light source R, the connecting unit 20 for transferring the laser light source R irradiated from the laser unit 10, and the laser light source R moved through the connecting unit 20. ) To photograph the state of the fluid portion (W) passing through the lens unit 30 and the laser light source (R) irradiated through the lens unit 30 to the fluid (W) flowing inside the tube (P). An image acquisition unit 40, a synchronization device unit 50 connected to the image acquisition unit 40 to synchronize the photographing signal to be suitable for the laser pulse, and an image acquisition unit 40 synchronized with the synchronization device unit 50. It consists of a data operation unit 60 for receiving the image data captured by the lens unit 30 is a cylindrical lens 31 for converting the laser light source (R) supplied through the connecting portion 20 to a planar light source (Ra) ) And a two-dimensional piave composed of a spherical lens 32 for controlling the thickness of the planar light source Ra converted through the cylinder lens 31. In the system, the lens unit 30 is located at the upper apex of the flange tube (Pa), the front portion of the plan so that the laser light source (R) can be irradiated to the fluid (W) flowing inside the tube (P) Inserted into the inside of the branch pipe (Pa), the image acquisition unit 40 is fixed to one side of the left and right measurement points of the flange pipe (Pa), a portion of the front is inserted into the inside of the flange pipe (Pa) through which fluid flows so as to be photographed Two-dimensional piave flow meter, characterized in that is configured to be formed. 레이저부(10)를 통해 조사된 레이저광원(R)을 관(P)의 내부를 흐르는 유체(W)에 조사하는 레이저조사단계(S1)와,A laser irradiation step S1 of irradiating the fluid W flowing through the inside of the tube P with the laser light source R irradiated through the laser unit 10, 레이저조사단계(S1)에서 유체(W)에 조사된 레이저광원(R)를 통과하는 유체(W)에 함유된 유체입자(Wa)의 흐름상태를 주어진 t0시간에서 일차로 촬영하고, t0 + △t시간 후에 이차로 촬영하기 위해 동기화장치부(50)를 이용하여 레이저펄스와 촬영신호를 동기화시키며, 영상획득부(40)를 이용하여 두 개의 이미지로 촬영하는 촬영단계(S2)와,In the t 0 time given the current state of the medium particles (Wa) containing the fluid (W) passing through the laser light source (R) irradiating the fluid (W) in the laser irradiation step (S1) and up to the primary, t 0 In step (S2) of synchronizing the laser pulse and the photographing signal using the synchronizing device unit 50 to take a secondary shot after + Δt time, and using the image acquisition unit 40 to take two images, 촬영단계(S2)에서 촬영된 두 개의 이미지를 데이터연산부(60)의 한 화면에 표시한 후, 비교하면서 시간t0와 시간 t0 + △t에서 유체입자(Wa)의 이동변위△x 및 △y를 측정하기 위하여 상호상관에 의한 유체입자(Wa) 추적 기법을 이용하며, 이때, 빛의 밝기를 나타내는 함수를 각각f(m,n), g(m,n)이라고 가정하여 상호상관계수(R(p,q))를 산출하는 상호상관계수계산단계(S3)와,Display two images taken in the photographing step (S2) on one screen of the data operation unit 60, and then compare the time t 0 and time In order to measure the displacement displacements Δx and Δy of the fluid particles Wa at t 0 + Δt, a fluid particle Wa tracking technique is used. a correlation coefficient calculation step S3 for calculating the correlation coefficient R (p, q) assuming m, n) and g (m, n); 상호상관계수계산단계(S3)를 통해 구해진 상호상관계수(R(p,q))의 정점 위치에서 가장 많이 이동한 유체입자(Wa)의 이동변위△x 및 △y를 △t시간으로 나누어 유체(W)의 속도벡터U(u,v)를 산출하는 유속산출단계(S4)로 구성되는 이차원 피아이브이 유량계의 측정방법에 있어서,The fluid displacement Δx and Δy of the fluid particles Wa most moved at the apex position of the correlation coefficient R (p, q) obtained through the correlation correlation calculation step S3 are divided by Δt time In the measuring method of the flowmeter, the two-dimensional piave which consists of the flow velocity calculation step S4 which calculates the velocity vector U (u, v) of (W), 상기 유속산출단계(S4)에서 구해진 유체(W)의 속도벡터U(u,v)를 관(P)의 단면적으로 적분하여 유체(W)의 유량(Q)을 산출하는 유량산출단계(S5)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차원 피아이브이 유량계의 측정방법.Flow rate calculation step (S5) of calculating the flow rate (Q) of the fluid (W) by integrating the velocity vectors (U, v) of the fluid (W) obtained in the flow rate calculation step (S4) to the cross section of the pipe (P). Two-dimensional piave is a flow meter measuring method, characterized in that consisting of.
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