KR870001400B1 - 수류모델에서의 농도 가시화장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수류모델에서의 농도 가시화장치

제1도는 수류모델에서의 유체가시화를 위한 본 발명 장치의 한 주요부분인 류장 가시화 장치의 도식도.

제2도는 본 발명 장치의 다른 주요 부분인 의사색채영상 장치의 도식도.

제3도는 오리피스 직경과 기포입경의 비율사이의 관계에 대하여 얻어진 시험결과를 도시한 그래프.

제4도는 가시화된 류장을 보여주는 설명도.

제5도는 하나의 전형적인 의사색상 화회로를 보여주는 회로도.

제6도는 제5도의 회로에 따른 의사색상화의 설명도식도.

제7도는 다른 의사색상화 회로를 보여주는 회로도.

제8도는 제7도의 회로에 따른 의사색상화의 설명도식도.

제9도는 또 다른 의사색상화 회로를 보여주는 회로도.

제10도는 제9도의 회로에 따른 의사색상화의 설명도식도.

제11도는 의사색상화 회로에 삽입되는 인버어터 회로의 회로도.

본 발영은 수류(fluid flow) 모델에 있어서의 류장(flow field)의 유체밀도(농도) 가시화 장치에 관한 것이다.

유체흐름(수류) 모델에 있어서의 농도를 측정하기 위하여 시험하의 유체로부터 샘플을 수집하는 수집원을 갖는 샘플링 방법(sampling method) 및 류장을 구성하는 유체의 한부분으로서 전해용액을 사용하여 용액의 전기전도도의 변화에 의하여 그 용액의 농도변화를 측정하는 전기측정법이 제안되었었다.

이러한 방법들은 항상 측정기구에 의하여 절대적으로 농도를 측정하는 것이며, 유체흐름은 주어진 임의 단면에 있어서, 류장 그 자체의 가시 관찰에 의하여 농도 및 혼합에 관한 정보, 즉 정량적 자료등과 같은 것을 상대적으로 얻을 수 있는 시스템은 될 수 없었다. 그러므로 이러한 방법들로서는 유체흐름에서의 농도분포 및 변화, 특히 난류혼합의 현상을 연구하고 이해하기란 용이하지 않은 것이다. 더구나 이러한 농도 측정밥법들은 접촉형이기 때문에 류장내에 샘플링 튜브 또는 센서(sensor)의 설치를 필요로하므로 유체흐름을 그 실제적 상태로부터 벗어나게 할 가능성을 갖는 것이다.

일견하여 전 영역에서의 유체흐름의 경향의 전체적인 관찰을 허용하는 가시화의 한 시스템으로서 기포(air bubbles)를 추적자로서 사용한 기포 추적자 방법(air bubble tracer method)이 공지되어 보편화되었다. 그러나 이 방법은 비중의 변화에 큰 오차를 가져오기 쉬우므로 유체흐름의 정량분석에 대하여 효과적으로 사용될 수 없었다.

본 발명은 액체가 미세하고 균일한 기포를 조밀하게 포함하는 경우, 주어진 단면내에서 유체의 흐름은 통하여 투사된 광선은 그 단면내에 머물러 있는 기포에 충돌하여 불규칙한 반사를 거쳐 측정에 적합한 불규칙 반사광선을 발생시키며, 불규칙한 반사광선의 강도는 액체단위 부피당의 영향받은 기포의 수와 비례하므로 결국 그러한 광선의 강도가 액체밀도, 즉 단위부피당 기포의 농도에 직접 비례한다는 추론에 그 이론적 근거를 두고 있다.

이에 의하여 수류모델에서 류장을 형성하는 유체의 농도 가시화장치를 제공하고자 아는 것이 본 발명의 목적이다.

이러한 목적은 모델수조와 압력수 공급원을 연결하는 관로에 직경 3mm 이하의 소공을 최소한 1개이상갖는 오리피스를 설피하여 오리피스통과시의 극소적 압력저하에 수반하는 탈기현상에 의하여 미세 균일한 기포를 수류중에 대량 방출시켜 수류내에 류장을 재현하고 그 류장에 슬릿과원에서 나온 슬릿광을 투사하여 기포에서의 난반사에 의하여 임의 단면에서의 흐름을 가시화하는 가시장치 ; 및 휘도신호(brightness signals)로 형성된 화상영상입력(picture image input)을 RGB로 분리기에 도입하여 상호 동일수준의 R-신호, G-신호 및 B-신호를 포함하는 색체신호를 전환시키고 이세가지 색체신호중 최소한 하나의 부분을 차단 분리하여 상호 다른 크기의 색채신호를 생성하며 이와같이 얻어진 색채신호의 합성물인 색채영상(color image)를 색상표시로서 재생하는 의사색채영상 시스템(simulating color image system)으로 구성되는 장치를 사용함으로서 주어진 유체흐름(수류)에서의 농도를 쉽게 분별할 수 있는 상태로 가시화 시킬 수 있는 본 발명의 장치에 의하여 달성된다.

본 발명의 다른 구현에 있어서 본 발명의 장치는 다량의 미세균일 기포를 포함한 감압유체를 수조에 도입하는 유체분출 유입수단 및 유체분출 유입수단을 감싸며 설치되어 탈기 유체를 수조에 도입하는 노즐을 포함하며, 생성된 완전한 신호(intact signals)를 저분리점(low cutoff point) 및/또는 고분리점(high cutoff point)에서 차단분리하고 분리된 신호(cutoff signals)의 하나를 다른 두개의 수준 이상으로 확대하며, 재생영상은 좌표화된 삼각형 영역으로 구성되어 분리색채신호로부터 형성된 색채밴드(color bands)가 가로좌표를 따라 세로좌표로부터 확장되어 하나의 색채가 다른 하나의 색채에 중첩되고 세번째 색채는 다른 두색채에 중첩되는 영상을 형성하고 또는 서로 중첩하되 각각의 색채 밴드는 상호 중첩되지 않는 부분을 갖도록하여 인접한 청색밴드 및 녹색밴드는 중첩되어 좁은 크림색밴드를 형성하고 청색밴드와 적색밴드는 중첩되어 좁은 자색밴드를 형서하며, 의사색채영상 시스템은 난반사광을 TV 카메라로 촬영하고 류장의 명도에 따라 휘도신호를 급출하여 RGB 분리회로에 도입하여 상호동일수준의 R-신호, G-신호 및 B-신호로 전환시키고 상기 RGB 신호중 최소한 하나를 여러 신호 전압수준에서 분리시키고 색채표시기(color display unit)로서 상대적인 분리신호를 표시하여 류장내에서의 유체의 농도분포를 그의 색채명도 변화의 항으로서 나타내며, 그렇게 함으로써 미세 균일 기포를 조밀하게 포함하는 액체에 의해 재현된 수류 모델의 류장을 광선의 난반사광의 강도변화에 대응하는 일련의 주어진 색채세트 영상으로 전환하여 가시화하는 것이다.

이하 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

전술하였듯이, 본 발명의 장치는 대량의 미세균일 기포를 조밀하게 포함하는 유체(액체)와 함께 류장을 재현하는 가시화장치 A 및 상기 류장을 활영하여 조성농도 범위마다 달리변화하는 색채를 형성하는 영상으로 재생하는 의사색채화 영상시스템 B로 구성된다. 제 1 도는 본 발명에 따른 가시화장치 A의 도식도이다. 가시화장치 A는 주로 가시화될 류장을 재현하기 위한 모델수조 1, 기포 4를 포함하는 유체, 즉 물을 모델수조 1의 저부를 통해 공급하는 유체공급유니트 2, 모델수조 1내의 류장에 슬릿광 5를 투사하는 슬릿광원 3으로 구성된다. 여기서 저면을 통해 수조 1에 공급된 유체는 수조 1내에서 류장을 재현하고 이어 수조상부의 배수구 6을 거쳐 배수관(도시 않음)을 거쳐 방출된다.

이 방출수는 기포이외에는 특별한 물질을 포함하지 않으며 기포는 일부를 제외하고는 액체내에 용해되므로 방출수는 특별한 처리공정을 거침이 없이 그대로 방출될 수 있다. 경우에 따라서 이것은 재사용 될 수도 있다. 한편 전술한 바와는 반대로 유체는 수조 1의 상부에서 하방공급되어 수조 1의 저부에서 방출될 수도 있다.

수조 1에 유체를 공급하는 공급유니트 2는 압축수공급원(도시 않음)에 연결된 관로 또는 유관(flow line)13a, 오리피스 9, 수조 1의 유체분출구 7a에 연결된 관로 13a,를 포함한다.

오리피스 9를 통과하는 동안에 있어서의 국소적 감압에 수반하는 탈기현상은 부분적으로 공기를 압축수송되는 유체에 용해시켜 유체중에 기포 4의 형태로 출현시킨다. 결과적으로 다량의 기포 4를 포함하는 유체가 모델수조 1에 공급된다.

유체 공급유니트 12는 또한 유체분출구 7b에 연결된 관로 13b 및 13b'를 통하여 기포가 포함되지 않은 유체를 공급한다.

보조 공기는 관로 13c에 도입되어 관로 13c를 거쳐, 분출구 7a 및 7b를 토해 분사되는 유체주위의 외장(sheath) 7에서 수조 1내의 물에 분사될 수 있다. 각각의 관로는 유량제 14 및 압력게이지 15를 포함할 수도 있다.

오리피스 9는 직경 3mm 이하의 소공을 최소한 1개이상 천공하여 구성한 것이다. 오리피스 9내의 소공의 직경은 발생기포 4의 직경 및 균일성과 밀접한 관계가 있다. 소송의 직경이 3mm를 초과하면, 발생기포 4가 매우 불균일하게 되어 정밀한 측정 및 정량적인 측정에 부적합하게 된다. 일반적으로 기포를 추적자(tracer)로서 사용하는 경우, 흐름을 따르는 기포의 저능성에 기인하는 오차 및 기포의 부력에 의한 예상오차르 고려하면 가시화에 최적합한 기포의 직경은 약 0.06-0.2mm가 바람직하며, 기포 4의 수중에의 용입이 너무빨리 일어나지 않는다는 조건을 감안한다면 직경은 약 0.1mm 전후가 가장 바람직한 것이다. 한편, 오리피스 9의 직경과 발생기포 4의 입경(particle diameters)와의 관계에 관한 본 발명자들의 연구에 의한 실험결과(제3도)에 의하면, 직경 3mm의 오리피스의 경우 가시화의 최적한 직경 0.2mm 이하의 기포가 전체 발생기포의 약 70%를 차지하며 그 평균직경은 약 0.113mm이고 일반적으로 거의 균일한 것이었으나, 오리피스의 직경이 4mm인 경우에는 직경 0.2mm 이하의 기포가 전체 발생기포의 약 30% 정도이며 균일성이 매우 낮은것으로 나타났다.

이러한 실험결과로부터 오리피스 9의 직경이 1.5mm이하, 가장 바람직하게는 0.5-0.8mm인 것임이 밝혀졌다.

한편, 0.5mm 이하가되면 유체로부터의 먼지에 의하여 막힐가능성이 있어 안정된 기포의 발생이 방해될 수 있다.

그러나 흐름의 상류에 효과적인 휠터를 설치한다면, 직경 0.5mm 이하의 오리피스도 사용가능하다.

제3도의 실험결과에 의하면, 오리피스 직경 0.8mm에서 9kg/㎠의 압력을 가하는 경우 약 0.0781-0.2106mm의 직경을 갖는 기포 4가 발생되었다. 이것은 현미경 확대사진의 관찰에 의해 확인된 것이다. 이 경우 기포의 평균직경은 약 0.1mm로서 가시화의 목적에 가장 바람직한 것이다. 유량을 증가하는 경우에는 오리피스 9의 소공의 수를 증가시켜 발생 기포의 증가를 도모하여 유체중에 포함되는 기포의 함유율을 일정하게 할 수 있다.

본 구현에 있어서 수조 1은 그 단면이 장방형인 육방체실린더의 형태로서 아크릴수지 또는 유리등의 투광성재료를 사용하여 형성되며, 상방에는 배수구 6이, 저면에는 수류분출구 7a가 설치된다. 수조 1이 노즐 또는 버너의 수류모델로서 목적되는 경우 이것은 단지 류장을 형성하는 용기로서만 작용한다. 그러나 이것이 로내에서의 류장을 가시화하기 위한 것인 경우에는 그 자체가 모델의 일부분으로서 사용된다. 따라서 수조 1의 형상은 도시한 것에 한정되지 않고 필요에 따라 원통형이나 엘보관형 등의 형태를 취할 수도 있다. 주류분출구(유체분출구) 7a에는 관찰될 류장을 재현하는 모델, 예를 들면, 노즐모델이나 버너모델 등이 설치된다. 그러나 그러한 모델들을 수류분출구 7a로부터 분리하여 수조 1내에 실치함으로서 수류분출구 7a로부터의 흐름에 어떠한 영향도 미치지 않도록 할 수도 있다. 본 구현에 있어서는 버너노즐모델 10과 버너타일 모델 11이 설치되었다.

여기서, 연료와 공기의 혼합상태 및 두 유체의 비율을 측정하기 위하여 버너노즐 모델 10에서 기포 4가 혼입된 유체(연료)를 분출시킴과 동시에 그 주위로부터 공기가 혼입되어 있지않음 유체(2차공기에상응)를 분출시켜 버너타일 모델 11내에서 양자가 상호 혼합되도록 하였다. 물론 수류분출구 7a의 갯수 및 위치는 도시된 것에 한정되지는 않는다.

버너들의 배치위치가 열분포에 미치는 영향을 수류모델을 사용하여 연구하는 경우 수류모델에 다수의 버너를 설치할 수도 있으며, 때에 따라서는 공기공급관 13c'에 연결된 환상링의 분사구 16을 통하여 보조공기를 수조 1내에 분사할 필요도 있다.

본 구현에 있어서 수조 1은 전 벽면이 투광성 재료로서 형성되어 있으므로 관찰자로부터 관찰기기에 대향하는 면이 관찰창 (inspection window)에 해당하고 슬릿광원 3에 대향하는 면이 입사광창에 해당한다. 그러나 모든 벽면이 부광성 재료로 형성된 필요성은 없는 것이며 최소한 관찰창과 입사광창이 부광성재료로 형성되면 충분하다.

관찰상과 입사광창은 슬릿광 5의 입사방향에 대해 90-145°범위의 각도를 갖도록 위치할때 최적의 난반사가 얻어진다.

따라서 수조 1을 원통형으로 형성하는 경우 그 단면의 90-145°에 해당하는 주벽을 투광성 재료로서 형성함으로서 수조 1의 기능을 충분히 발휘하도록 할 수 있다. 관찰상과 입사광창을 제외한 타주벽면(저면포함)을 광흡수체로 형성하는 경우, 관찰실내의 조명을 감소시키지 않더라도 산란관에 의하여 기포가 충분히 눈에 보이므로 관찰이 용이하다. 여기서 광흡수체로는 흑색을 수조 1의 내면에 착색할 수도 있다.

류장의 상태를 흐름의 방향과 직교하는 평면, 즉, 수조 1의 단면에서 관찰하는 경우, 류장을 횡단하는 슬릿광 5에 대해 90-145°의 범위에 해당하는 것은 수조 1의 천정방향이다. 따라서 이 경우에는 수조 1의 상부에 관찰기를 설치하여 관찰한다.

수조 1내로 슬릿광 5를 투사하는 슬릿광원 3은 본 목적에 적합한 공지의 수단을 이용하면 된다. 예를들면슬라이드 영사기에 슬릿을 설한 판을 삽입시켜서 슬릿광을 얻을 수 있다. 이 경우, 슬릿이 설치된 여러개의 판을 여러방향에 설함으로서 임의의 절단면에서의 흐름에 투과되는 슬릿광 5를 얻을 수도 있다.

슬릿광 5가 기포 4에 충돌하여 난반사되는 경우, 그 난반사광은 광이 입사한 방향에 대해 90-145°의 범위에서 가장 잘 검출되는 성질을 갖고 있다. 또한 기포의 4의 직경이 충분히 미세하다면, 산란광의 강도는 단위체적주의 기포 갯수에 비례할 것으로 생각된다. 이는 즉 산란광의 강도가 곧 유체농도에 비례하는 것임을 의미한다. 압력수 공급원으로부터 수조 1에 유체를 압송할때, 오리피스 9를 통과하는 유체는 국소적 감압에 따른 탈기현상을 경험하여, 유체내에 고용되어 있던 공기가 유체흐름의 가시화에 최적한 미세균일 기포로서 유체중에 조림하게 출현된다. 이 미세균일한 기포를 조림하게 포함하는 유체는 수조 1내에서 원하여지는 류장을 재현한다.

이어 류장에 슬릿광 5를 투사하면, 슬릿광 5가 기포 4에 의하여 전방향으로 산개 난반사되어, 수류중에 존재하는 기포 4가 제4도에 표시된 것과 같은 일련의 불꽃군(shower of fire spark)으로 명료하게 재현되어 흐름이 가시화되는 것이다. 이때, 산란광의 강도는 단위부피중의 기포개수, 즉 밀도에 비례하는 것으로 추정되며 이는 곧 산란광의 강도가 비례함을 의미하는 것이다.

따라서 유체중에 있어서의 기포의 밀도상태, 즉, 농도르 산란광의 강도의 관점으로부터 육안관찰 할 수 있는 것이다.

나아가서, 수조 1내의 유체의 흐름은 제2도에 도시한 바와같은 의사 색체영상 시스템 B에 의하여 농도에 상응하는 색채돠 명도로서 표시된다. 이러한 의사색채영상 시스템 B의 한예가 제2도에 도식화되어 있는데, 이는 등축케이블 22를 사용한 베이스 밴드 전송(base band transfer)의 현상에 그 작동을 둔것으로서 촬영 TV카메라 21. 미세한 영상신호와 휘도신호를 증폭하는 증폭회로 23, 휘도신호를 색채신호로 전환시키는 의사 색상화회로 24 및 색채표시기(color display unit)25로서 구성된다. 물론 시스템 B의 작도은 변조 전송의 현상에 의한 것일수도 있으나, 이 경우에는 진폭변조회로 및 복변조회로가 필요하게 된다.

본 발명의 의사색채 영상 시스템은 휘도신호를 사용하므로 TV 카메라 21로는 공업용흑백 TV 카메라를 사용한다.

카라 TV 카메라도 휘도신호만을 취출함으로서 사용가능하나 고가이므로 비실용적이다.

제5도에 예시한 의사색상 화회로 24는 휘도신호를 동일수준의 R 색채 신호(이하 R 신호라칭 함), G색채신호(이하 G 신호라칭 함) 및 B 색채신호(이하 B 신호라칭 함)로 전환하는 RGB 분리회로(separator circuit)26, 및 이 RGB 분리회로 26과 색채표시기 25 사이에 게재하는 색채신호회로에서 상호 다른 소정전압수준의 색채신호들을 차단분리하는 저차단분리회로(low cutoff circuit)27을 포함하여 휘도신호 레벨로서 색채영상을 생성한다. 저차단분리회로 27은 베이스에 색채신호가 입력되는 트랜지스터 28과 이 트랜지스터 28의 에미터(emitter) 사이에 삽입되는 가변저항기 29 및 측로(bypass) 또는 바이어스(bias)회로를 포함하여 구성되며, 에미터측의 가변저항기 29의 저항치에 의하여 트랜지스터 28의 작동점을 설정하고 베이스에 입력되는 색채신호가 전술한 작동점에 기준하여 결정되는 전압수준을 경계로서 그 이상의 수준에서만 트랜지스터 28이 구동되도록 한 회로이다. 즉, 트랜지스터 28의 에미터와 접지(ground) 사이에는 기준 전원 30과 접지사이에 삽입된 가변저항기 29과 고정저항기 31로 구성된 네트워크(network)가 존재하며, 바이어스 네트워크는 전원 30과 접지 사이에 삽이죈 고정저항기 31과 34 및 콘덴서 33으로 구성된다.

전술한 네트워크와 연결되어 가변저항기 29의 세팅이 결정되면, 트랜지스터 28의 에미터 측 전압수준은 에미터와 접지사이의 저항의 크기에 의하여 결정된다.

따라서, 저차단분리회로 27은 가변저항기 29에 의하여 설정된 에미터 측 전압수준 이상의 색채신호 전압수준이 베이스에 입력되는 경우만 트랜지스터 28을 작동시킨다.

그러므로 가변저항기 28의 세팅에 따라 바이어스 전압을 적정수준으로 조정하는 경우, 저항의 크기에 상응하는 색채신호에 있어서 낮은 수준의 영역은 차단분리되어 출려되지 않는다.

트랜지스터의 28의 집전기( collector)는 드라이브 트랜지스터 32의 에미터에 직접 연결되어, 차단분리후 존재하는 색채신호를 증폭하며 이 증폭 색채신호를 색패표시기 25에 보내도록하는데 적용된다. 드라이브 트랜지스터 32의 베이스측은 전술한 바이어스 네트워크와 함께, 병렬로 다이오드 35와 저항기 36으로 구성된 일련의 매개체를 토하여 기준 전원 30에 접속된다.

전술한 차단분리회로 27은 RGB 분리회로 26과 색채표시기 25 사이에 놓인 각각의 색채신호 회로들에 설치되며 가변저항기 29의 조작에 의하여 각기 다른 주어진 작동점(차단분리점)을 갖는다. 차단분리회로를 통과한 색채신호는 그들이 증폭되어 색채표시기 27에 입력될때 각기 다른 영역의 차단분리점을 가지므로 각기 휘도수준에 상응하여 RGB 신호 3가지 전부 또는 2가지 신호의 연합혹은 1가지 신호를 색채영상으로 산출한다. 색채표시기 25는 브라운관 기능을 갖는 것이 가장실용적으로서 공지의 여러형식의 것들이 사용될 수 있으며 칼라 TV 의 브라운관을 그대로 사용해도 좋다.

전술한 바와같이 구성된 의사색채영 상장치에 있어서 피사체는 그 휘도에 상응하는 휘도신호로서 영상입력으로 전환된 후 상호동일 수준의 RGB 신호로 분리된다. 이것을 소망수준의 주어진 색채신호로 분리함으로서 인위적으로 색채신호를 생성하고 이것을 색채영상으로서 색채수상기 25에서 재생하는 것이다. 즉, 피사체의 밝기에 비례하여 TV 카메라 21로부터 출력되는 휘도신호는 RGB 분리회로에서 우선 동일 수준의 R 신호, G 신호 및 B 신호로 전환된 다음 소망 차단분리 수준으로 설정된 차단분리회로 27에 입력되어 주어진 수준보다 낮은 색채신호 영역은 차단분리된다. 서로 다른 크기의 3가지 신호가 제공되도록 소망되는 경우 최소한 신호들중 2개는 차단분리되어야 한다.

즉, 예를들면 R 신호에 있어서, 이 신호가 전부 증폭되어 영상 표시관 5에 입력되도록 차단분리 값을 0으로 고정하고, G 신호에 있어서는 저차단분리 수준을 휘도수준 극대치의 1/2에 고정시키며, B 신호에 있어서는 극대치의 4/5에서 분리점을 설정할 수 있다. 상대적으로 설정된 저차 단 분리점을 초과하는 색채신호부분을 출력허용된다.각 신호들은 초기에는 상호동일 수준값을 가지기 때문에, 절단분리되는 양에 따라 크기가 상호 달라지며, 가로 및 세로좌표를 갖는 삼각형 영상으로 재생될 수 있다.

한편, 낮은 부분들이 차단분리되므로 영상은 제6도에 도시한 바와같이 가로축을 따라 동일한 베이스(base)를 갖게되며, 각각의 크기에 의하여 세로축을 따라 확장된다. 그러므로 R 영역에서는 3가지 색상의 중첩이 존재하고 G 영역에서는 녹색과 적색의 중첩이 존재하게 된다. 그리고 색채수상기 25상의 영상이 곧, 제6도에 예시한 바와같은, 밝기(명도) 수준에 상응하는 3가지 색, 적색, 황색, 흰색의 의사색채표시가 되는 것이다. 이 색채들은 그 명도수준에 상응하는 휘도(degree of brightness)를 갖는다.

일예로서 적색의 경우를 설명하기로 한다. 적색의 영역에는 밝은 적색, 어두운적색(암적색) 및 그 중간 적색이 존재한다. 휘도수준이 극한적으로 낮게되면, 적색은 흑색으로 나타난다.

따라서 인간의 눈에는 총 다섯가지의 색상, 즉 흑색, 어두운적색, 적색, 황색 및 흰색의 의사색채여상이 나타난다. 흑색으로 나타나는 부분과 어두운 적색으로 나타나는 부분사이의 명확한 식별을 목적으로 R 신호의 차단분리점을 휘도 극대치의 1/5정도로 설정하는 경우에 조차 저휘도 영역내의 색채신호출력의 제어가 얻어질 수 있다.

여기서, 차단분리수준의 각각의 차단분리회로 27내의 가변저항기 29의 저항치를 적당히 변화시킴에 의하여 설정된다. 즉, 트랜지스터의 작동점(차단분리수준)은 트랜지스터 28의 에미터측의 저항치 변화에 의하여 변화된다. 그러므로 세개의 차단분리회로 27의 일부 또는 전부의 가변저항기 29를 조정함에 의하여 세가지 색채신호의 소망관계가 얻어질 수 있는 것이다.

색채표시 유니트에서 저휘도 신호는 어두운 적색으로 재생되다는 현상을 고려할때, 그러한 신호를 제11도에 도시한 44와 같은 인버어터회로(inverter circuit)에 의하여 반전시키는 것도 때로는 바람직한 것이다. 의사색채영상화회로는, 제7도에 도시한 바와같이, 저 차단분리회로 27에 부가하여 고차단분리회로 37를 설하여 색채신호의 저휘도 영역 뿐만 아니라 고휘도 영역까지도 상호 상이한 수준에서 차단분리되어 R 신호, G 신호 및 B 신호가 제 8도에 예시한 바와같이 상호 다른 휘도 영역에 분포되도록 할 수도 있다.

여기서 고차단분리회로 37은 일정전압수준 이상의 색채신호부분은 차단하고 그 이하 수준의 색채신호부 분만을 통과시키도록 작용한다. 일예로서, 고차단분리회로 37은 트랜지스터 38의 집전기와 트랜지스터 38의 베이스 바이어스인 가변저항기 39로 색채신호를 입력하고 에미터를 통하여 일정수준 이상의 색채신호는 접지시키는 것이다.

이러한 입력은 RGB 분리회로 26과 저차단 분리회로 27 사이에 개재된 저항기 40에서 분기된다. 다시말하면, 저항기 40의 RGB 분리회로 26측은 일련의 저항기 41 및 가변저항기 39를 통하여 접지되고 저항기 40의 저차단분리회로 27측은 트랜지스터 38의 집전기 및 에미터를 통하여 접지된다. 따라서 트랜지스터 38은 접지된 에미터 및 가변저항기 39에 연결된 베이스를 갖는다.

입력전압이 가변저항기 39의 조절에 의하여 변화되어 일정치로 설정되면, 베이스와 에미터사이의 구동레벨은 그값에 의하여 자동설정 된다. 그러므로, 색채신호가 상기 구동레벨을 초과하는 전압수준으로 되는 경우, 트랜지스터 38은 그 색채신호를 접지하도록 작용된다.

따라서 이 가변저항기 39의 설정치에 의하여 결정된 색채신호의 높은 수준들은 모두 차단분리 되는 것이다.

이들 고차단분리회로 37 및 색채신호회로 내에 설치되며 그로부터 설정된 서로 다른 구동레벨 또는 고차단분리점을 갖는다.

상술한 고차단분리회로 37 및 저차단분리회로 27을 통과한 색채신호는 증폭되어 색채 영상수상기 25에 입력되는데, 그들은 각기 다른 차단 분리영역을 가지며 휘도수준이 다른 영역에 출력되므로 수상기에 색채화상영상이 생성된다. 다시 말하면, 피사체는 그 밝기에 상응하는 휘도신호로서 화상입력된 후 서로 같은 수준의 RGB 신호로 일단분리되고, 각기 다른 고차단분리 및 저차단분리수준에서 차단분리된 것으로서 인위적으로 생성된 색채영상 신호와 함께 색채영상수상기 25에 색채화상영상의 형대로서 재현된다.

여기서 색지정(color desgnation)으로서, 예를들면, 고휘도 영역을 녹색으로 설정함은 휘도수준의 극대치에서 고차단분리 수준을 설정함과 동시에 저차단분리수준을 높은 휘도측으로 끌어올림에 의하여 이루어지며, 중간휘도 영역을 청색으로 설정함은 고차단분리 수준을 휘도수준의 극대치의 약 2/3정도로 설정함과 동시에 저차단분리 수준을 중간휘도측으로 끌어올림에 의하여 이루어지며, 저휘도영역을 적색으로 설정함은 고차단분리 수준을 휘도수준의 극대치의 약 1/3정도로 설정함과 동시에 저차단분리 수준을 휘도수준의 최소치로 설정함에 의하여 이룰 수 있다.

이렇게 하면 결과적으로 칼라수상관 25에서의 화상은 적, 청, 녹색으로 의사색채화 표시된다.

여기서 녹색은 저 차단분리점으로부터 세로좌표까지 신장되고, 청색은 그의 저차단분리점으로부터 고차단분리점까지 신장되면서 일부가 녹색의 저차단분리영역과 중복되며, 적색은 그의 저차단분리점으로부터 고차단분리점까지 신장되면서 일부가 청색의 저차단분리 영역과 중복된다. 이 경우, 무신호부 즉 색경계부에서의 흑생부분의 발생가능성을 배제하지 않는다면, 저차단분리점을 고차단분리점을 고차단분리 수준의 낮은 영역보다 약간 낮게 설정함으로서 원하는 바의 휘도변화의 관찰이 용이하게 될 것이다. 그러므로 상술한 바와같이 나타나는 화상은 제8도에 도시한 바와같이 적색, 자색, 청색, 크림색 및 녹색의 5가지 색으로 의사색상화 된다. 이모든 색채는 밝기수준에 대응한 휘도를 갖는다. 예를들면, 적색의 경우, 거기에는 밝은 적색, 어두운적색 및 이들의 중간적색이 존재하며, 휘도가 극히 낮아지면 적색은 흑색으로 나타난다. 그러므로 이의사색채화상은 인간의 눈에는 흑색, 암적색, 자색, 청색, 크림색 및 녹색의 6가지 색으로 나타난다. 한편, 흑색으로보이는 부분과 암적색 부분을 명확히 구별하기 위하여, R 신호의 저차단 분리수준을 최저휘도 수준값보다 약간 높게 설정함으로서 저휘도 영역에서의 색채신호출력을 억제할 수도 있다.

본 발명의 다른 구현에 따른 제 9도의 의사색상화회로 24는 저차단분리회로 27과 고차단분리회로 37에 부가하여 가변이득 증폭회로 42를 설하여 R 신호, G 신호 및 B 신호를 상호 다른 휘도영역으로 분배함과 동시에 임의의 색채신호를 다른 색채신호보다 상대적으로 높은 이득(gain)으로 증폭하여 소정색채의 휘도를 증가시키는 것이다.

가변이득 증폭회로 42는, 일예를 들면 가변저항기 43에 연합된 상보적 달링턴회로(complementary Darlington circuits)일 수 있다. 이회로 42는 각각의 신호회로에서 가변저항기 43의 저항치를 변화시킬 수 있으며, 그로인해 입력신호전압을 변화시켜 소망의 색채신호가 다른 잔류색에 신호보다 더 큰 이득과 함께 증폭될 수 있도록 하여준다.

의사색상화회로 24가 본 구현에 따라 구성되는 경우, 고차단분리회로 37과 저차단분리회로 27을 통과하는 색채신호들은 상호 다른 휘도수준으로 분배됨과 동시에 소정의 색채신호만이 다른 색채신호보다 더 큰 이득과 함께 증폭되어 출력되므로 색채영상수 상기 25에 표시되는 화상은 소정범위의 휘도수준변화에 따라 상이한 색채로서 피사체를 표시하며 주어진 임의의 휘도수준을 나타내는 색채는 강조하여 표시한다.

휘도에 상응하는 색채화상을 제10도에 표시한 바와같이 고휘도대를 녹색, 중간휘도를 청색, 저휘도대를 적색으로 설정하여 흑색, 자색, 청색, 크림색 및 녹색의 6가지 색으로 표시하는 경우, 저휘도 영역에 있어서는 그 휘도가 휘도 변화의 관찰이 곤란한 수준으로 감소될 수 있는 가능성이 존재한다.

이러한 문제점은 R 신호 회로의 가변 이득 증폭회로 42내의 가변 저항기 43의 저항치를 낮춤으로서 입력신호전압을 높이고 그에 관한 색채신호를 다른 색채 신호보다 증폭하여 저휘도 영역의 색을 밝게 강조함으로서 해결될 수 있다.

예를들어, 기포를 조밀하게 포함하는 유체를 연료로 가정한 연소계 유체 흐름모델에 있어서, 연소를 돕는 공기의 부피가 연료의 부피보다 훨씬 더 크며 연료 단위 체적당의 기포의 수가 적은 영역에서는 저휘도의 영상은 그것이 달리 변형되지 않는한 거의관찰 불가능할 것이다. 그러나 이 경우 R 신호가 저휘도 성분의 밝기를 강조하도록 증폭 된다면, 이 영역의 부분은 그 경계를 보다 명확히 한정하도록 현저히 증대되어 더욱 용이하게 관찰될 수 있을 것이다.

연소버너에서 형성되는 화염은 연료와 연소용 공기가 이론적 혼합비 부근에서 최고온도에 도달하고 백열화하므로 상기 가정한 연소계 수류 모델에 있어서 그 영역은 소수의 기포를 가지며 최대 휘도수준의 영역과는 별개의 것이 된다.

도리어 휘도 수준의 극대영역, 즉 기포가 가장 많이 존재하는 영역은 실제에 있어서 연소용 공기가 거의 존재하지 않은 영역에 상응한다. 따라서 이영역은 온도는 화염(flame) 주위보다 더 낮으며 색은 암적색에 가깝다.

한편, 제5도의 의사색상화회로에는 제11도에 도시한 바와같은 인버어터 회로 44가 RGB 분리회로 26과 저차단분리회로 27 사이에 설치되어, 이론적 혼합비에 상응하는 휘도영역(반적으로 저휘도 영역)의 신호를 가장 높은 전압수준의 신호로 전환하는 한편 본래의 고휘도 영역측의 신호수준을 저하시켜 화염외주부근에서 백색의 밝은 색채화상을 산출하도록 할 수 있다.

이상에서 설명하였듯이, 본 발명은 장치에 의하여 미세균일한 기포를 조밀하게 함유하는 유체흐름(수류)모델의 류장을 재현하고, 그류장에 슬릿광을 투사하여 그 빛의 난반사로부터주어진 단면에서의 유체흐름을 가시화하며, 그 산란광을 TV 카메라로서 촬영하며 류장의 밝기에 상응하여 TV 카메라로부터 출력되는 휘도신호를 RGB분리회로에서 상호 동일 수준의 R 신호, G 신호 및 B 신호로 전화하고, 그중 하나, 둘 또는 모두를 각기 다른 전압수준에서 차단분리한 후 색채영상 표시기에 입력하여 색채화상을 산출함에 의하여, 류장에 있어서의 유체의 농도분포를 단위체적중의 수 즉, 농도와 산란광의 강도와의 상관관계에 기초를 두어 소정범위의 휘도 수준마다 다른 색채 및 명도의 위상에 의하여 표시함으로서 수류모델에서의 유체의 농도분포를 가시화할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 영역을 벗어남이 없이 여러변형이 이루어질 수 있으며, 이는 본 발명의 영역에 속함은 주지의 사실이다.

Claims (13)

1. 모델수조와 압력수 공급원을 연결하는 관로에 직경 3mm 이하의 소공을 최소한 1개이상 천공한 오리피스를 설치하여 오리피스 통과시의 국소적 압력저하에 수반하는 탈기현상에 의하여 미세균일 한 기포를 수류중에 대량방출시켜 수류내에 류장을 재현하고, 그 류장에 슬릿광원에서 나온 슬릿광을 투사하여 기포에서의 난반사에 의하여 주어진 임의 단면에서의 유체흐름을 가시화하는 가시화장치(visualizing device) 및 휘도신호로 형성된 화상영상입력을 RGB 분리기에 도입하여 상호동일수준의 R-신호, G-신호, B-신호를 포함하는 색채신호로 전환시키고 이 세가지 신호중 최소한 하나는 차단 분리하여 상호 다른 크기의 색채신호를 산출하고 이와같이 얻어진 색채신호의 합성물을 색채영상을 색상표시로서 재생하는 의사색채영상 시스템(simulating color image system)으로 구성된, 수류모델(fluid flow model)에서의 농도가시화장치.
2. 제 1 항에 있어서, 다량의 미세균일기포를 포함한 감압유체를 수조에 도입하는 유체분출입 수단을 부가적으로 포함하는 수류모델에서의 농도 가시화장치.
3. 제 2 항에 있어서, 유체분출유입 수단을 감싸며 설치되어 수조에 탈기액체를 도입하는 노즐을 부가적으로 포함하는 수류모델에서의 농도 가시화장치.
4. 제 1 항에 있어서, 완전한 신호(intact signals)가 저차단 분리점에서 차단분리됨을 특징으로 하는 수류모델에서의 농도 가시화장치.
5. 제 1 항에 있어서, 완전한 신호가 고차단분리점에서 차단분리됨을 특징으로 하는 수류모델에서의 농도가시화장치.
6. 제 1 항에 있어서, 완전한 신호가 저차단분리점 및 고차단분리점에 차단분리됨을 특징으로 하는 수류모델에서의 농도 가시화장치.
7. 제 1 항에 있어서, 차단분리된 신호중 하나가 다른 두가지보다 더높은 수준으로 증폭됨을 특징으로 하는, 수류모델에서의 농도 가시화장치.
8. 제 6 항에 있어서, 차단분리된 신호중 하나가 다른 두가지 보다 더높은 수준으로 증폭됨을 특징으로 하는 수류모델에서의 농도 가시화장치.
9. 제 4 항에 있어서, 재생영상은 좌표화된 삼각형 영역으로 구성되며 여기서 분리색채신호로부터 형성된 색채밴드는 세로좌표부터 가로좌표를 따라 확장되어 하나의 색채가 다른 하나의 색채에 중첩되고 세번째 색채는 다른 두색채에 중첩되는 영상을 형성함을 특징으로 하는 수류모델에서의 농도가시화장치.
10. 제 6 항에 있어서, 재생영상은 좌표화된 삼각형영역으로 구성되며 분리색채신호로부터 형성된 색채밴드들은 중첩하되 상호 중첩되지 않은 부분을 갖도록 영상을 형성함을 특징으로 하는 수류모델에서의 농도가시화장치.
11. 제 10 항에 있어서, 인접한 청색밴드와 녹색밴드는 중첩되어 좁은 크림색밴드를 형성하고 청색밴드와 적색밴드는 중첩되어 좁은 자색밴드를 형성함을 특징으로 하는 수류모델에서의 농도가시와장치.
12. 제 7 항에 있어서, 재생영상은 좌표화된 삼각형영역으로 구성되며 분리색채신호로부터 형성된 색채밴드들은 중첩하되 상호 중첩되지 않은 부분을 갖도록 영상을 형성함을 특징으로 하는 수류모델에서의 농도가시화장치.
13. 제 1 항에 있어서, 의사 색채영상 시스템은 난반사광을 촬영하여 류장의 명도에 따라 휘도신호를 급축하는 TV 카메라, 상기 신호를 수용하여 상호 동일수준의 R-신호, G-신호 및 B-신호로 전환시키는 RGB 분리회로, 상기 RGB 신호 중 최소한 하나를 다른 신호전압수준에서 차단분리하는 차단분리신호들을 영상표출하는 색채표시유니트를 포함하는 유체에 의해 재현되는 수류모델의 류장의 광선의 난반사광(산란광)의 강도 변화에 대응하는 일련의 주어진 색채세트영상으로 하는 것을 특징으로 하는 수류모델에서의 농도가시화장치.

Images