JP6475583B2 - Fluid measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、カメラの撮像で得られた画像に基づいて、流体の状態を測定可能な流体測定装置に関する。 The present invention relates to a fluid measuring device capable of measuring a fluid state based on an image obtained by imaging with a camera.
従来、トレーサ粒子等を混入させた流動場に対してレーザ光を照射し、該照射された粒子を含む空間の複数の画像をカメラで微小時間差をつけて撮像することで、流動場の流速や圧力分布等を二次元又は三次元的に測定する装置が知られている。
例えば、流動場にシート状のレーザ光を形成し、このシート状の面方向を1台のカメラが微小時間差をつけて撮像することで、当該面方向の粒子の変位量から2次元の速度等を測定する2次元2成分(2dimensional 2components)の方式や、前記面方向を2台のカメラの夫々が微小時間差をつけて撮像することで、所定の解析アルゴリズムを用いて、当該面方向とそれに直交する方向の3速度成分を測定する2次元3成分(2dimensional 3components)の方式が知られている。また、三次元の流速等を測定する方法としては、流動場にレーザ光でなる立体的空間を形成して、これを複数のカメラで撮像し、所定の解析アルゴリズムを用いて3次元の3速度成分を測定する3次元3成分(3dimensional 3components)の方式もある。
Conventionally, a flow field mixed with tracer particles or the like is irradiated with laser light, and a plurality of images of a space including the irradiated particles are captured with a slight time difference with a camera, thereby allowing the flow field flow velocity and An apparatus for measuring a pressure distribution or the like two-dimensionally or three-dimensionally is known.
For example, a sheet-like laser beam is formed in the flow field, and a single camera captures the sheet-like surface direction with a minute time difference, so that a two-dimensional velocity or the like can be obtained from the amount of particle displacement in the surface direction. A two-dimensional two-components method for measuring the image, and the surface direction is orthogonal to the surface direction using a predetermined analysis algorithm by imaging the surface direction with a slight time difference between the two cameras. A two-dimensional three-component system that measures three-speed components in the direction in which the signal is transmitted is known. As a method for measuring the three-dimensional flow velocity, etc., a three-dimensional space made up of laser light is formed in the flow field, and this is imaged with a plurality of cameras, and a three-dimensional three-speed using a predetermined analysis algorithm. There is also a three-dimensional three-component method for measuring components.
特許文献1は、このような流動場の流速や圧力分布等を測定する装置であり、狭い流動場でも流速等を測定できるように、特許出願人が提案したものである。
即ち、特許文献1は、その図1に示されるように、狭い流動場に挿入可能なように小型化したプローブ26と、比較的大きな機器であるレーザ発振部30とを別々に配置し、プローブ26とレーザ発振部30とは、レーザ発振部30のレーザ光を伝達可能な光ファイバーケーブルC2を介して接続されている。プローブ26には、小型カメラ40,41、及び、光ファイバーケーブルC2から受けたレーザ光をシート光に変換して照射するためのレーザ光照射部28が固定されている。このようにして小型化されたプローブ26のみを狭い流動場に挿入し、そこからレーザ光を照射して、照射された空間をカメラ40,41で撮像することで流体状態を測定可能としている。
Patent Document 1 is a device that measures the flow velocity, pressure distribution, and the like of such a flow field, and has been proposed by the patent applicant so that the flow velocity and the like can be measured even in a narrow flow field.
That is, in Patent Document 1, as shown in FIG. 1, a probe 26 that is miniaturized so that it can be inserted into a narrow flow field and a laser oscillation unit 30 that is a relatively large device are separately arranged, 26 and the laser oscillating unit 30 are connected via an optical fiber cable C2 capable of transmitting the laser beam of the laser oscillating unit 30. The probe 26 is fixed with a laser beam irradiation unit 28 for converting the laser beam received from the small cameras 40 and 41 and the optical fiber cable C2 into a sheet beam and irradiating it. By inserting only the probe 26 thus miniaturized into a narrow flow field, irradiating it with laser light, and imaging the irradiated space with the cameras 40 and 41, the fluid state can be measured.
ところで、特許文献1のように、狭い流動場にプローブを挿入して流体状態を測定するプローブ方式の装置では、その流動場の狭さや空間形状によっては、プローブが流動場の流れを侵襲する恐れがあることに発明者は気付いた。そこで、流動場におけるプローブ周辺の流速・圧力分布を測定したところ、図8に示すように、流体がプローブに当たることで流れを乱している状況を確認できた。なお、このようなプローブによる流動場の侵襲性については、例えば上記2次元2成分方式、2次元3成分方式、或いは3次元3成分方式に限られるものではない。 By the way, in a probe-type device that measures a fluid state by inserting a probe into a narrow flow field as in Patent Document 1, the probe may invade the flow of the flow field depending on the narrowness or spatial shape of the flow field. The inventor realized that there was. Therefore, when the flow velocity / pressure distribution around the probe in the flow field was measured, as shown in FIG. 8, it was confirmed that the fluid was disturbing the flow by hitting the probe. Note that the invasiveness of the flow field by such a probe is not limited to the two-dimensional two-component method, the two-dimensional three-component method, or the three-dimensional three-component method, for example.
本願発明は以上の課題を解決するためのもので、流動場におけるプローブの侵襲性を低減して、精度のよい測定を可能にした流体測定装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fluid measuring apparatus that can reduce the invasiveness of a probe in a flow field and enable accurate measurement.
上記課題は、本発明によれば、カメラと、このカメラで撮像される流動場の被撮像空間にレーザ光を照射するようにしたレーザ光照射部とを有し、前記撮像して得られた画像により、前記被撮像空間における流体の流速や圧力分布等を測定するようにした流体測定装置であって、少なくとも前記カメラは、前記流動場に配置されるようにしたプローブに固定されており、前記プローブは、前記流体が当たる面に開口部を有すると共に、前記開口部内に進入した前記流体を前記被撮像空間から離れる方向に導くための内側通路を有し、前記開口部に進入した前記流体を吸引するための吸引手段が設けられている流体測定装置により達成される。 According to the present invention, the above-mentioned problem is obtained by having a camera and a laser beam irradiation unit configured to irradiate a laser beam to an imaging space of a flow field imaged by the camera and imaging the laser beam. The fluid measurement device is configured to measure the flow velocity or pressure distribution of the fluid in the imaged space by an image, and at least the camera is fixed to a probe arranged in the flow field, The probe has an opening on a surface to which the fluid hits and an inner passage for guiding the fluid that has entered the opening in a direction away from the imaging space, and the fluid that has entered the opening This is achieved by a fluid measuring device provided with suction means for sucking the fluid.
本発明の流体測定装置では、少なくともカメラはプローブに固定されているため、狭い流動場であっても、このプローブを流動場に挿し入れるなどして配置して、カメラで流動場内の空間を撮像できる状態となる。そして、流動場にトレーサ粒子等を流して、レーザ光照射部から流動場内の所望の被撮像空間にレーザ光を照射し、カメラで被撮像空間を撮像することで、被撮像空間の流体状態を測定することができる。
ここで、プローブは流動場内に配置されるため、流体はプローブに当たるが、本発明のプローブは、流体が当たる面に開口部を有すると共に、開口部内に進入した流体を被撮像空間から離れる方向に導くための内側通路を有している。そうすると、流体はプローブの当該面全体に当たることはなく、一部が開口部の中に進入して、プローブ内の内側通路を通り、被撮像空間から離れていくことになる。従って、開口部と内側通路に入った流体の分だけ、流動場におけるプローブの侵襲性を低減できる。
さらに、流体を吸引するための吸引手段により、開口部内に進入した流体が再び開口部から外に出たり、或いは内側通路内で流体が停滞して新たな流体が進入できないような事態を防止し、流動場の流れを乱す恐れを有効に防止できる。
In the fluid measuring device of the present invention, since at least the camera is fixed to the probe, even in a narrow flow field, the probe is inserted into the flow field and arranged to image the space in the flow field. It will be ready. Then, by flowing tracer particles or the like in the flow field, irradiating laser light from the laser light irradiation unit to the desired imaged space in the flow field, and imaging the imaged space with the camera, the fluid state of the imaged space is changed. Can be measured.
Here, since the probe is disposed in the flow field, the fluid hits the probe. However, the probe of the present invention has an opening on the surface where the fluid hits, and the fluid that has entered the opening is away from the imaging space. It has an inner passage for guiding. Then, the fluid does not hit the entire surface of the probe, and a part thereof enters the opening, passes through the inner passage in the probe, and moves away from the imaging space. Accordingly, the invasiveness of the probe in the flow field can be reduced by the amount of fluid that has entered the opening and the inner passage.
Furthermore, the suction means for sucking the fluid prevents the situation where the fluid that has entered the opening portion comes out of the opening portion again, or the fluid stagnates in the inner passage and cannot enter the new fluid. The possibility of disturbing the flow of the flow field can be effectively prevented.
また、好ましくは、前記開口部に設けられた圧力センサの計測結果に基づいて、前記開口部における内面側の圧力と外面側の圧力とが等価となるように、前記吸引する量を制御するようにしたことを特徴とする。
この「等価となる」状態は、開口部内だけで乱流などが生じておらず、開口部の内側と外側とが同様の状態(流体の速度と方向が同様の状態)であり、従って、このような状態を維持するような吸引量の制御を行えば、あたかもプローブが流動場内に存在しなかったかのような状態を作り出すことができる。
なお、上記「等価」は開口部の実際の内側と外側の圧力が等しいことを意味し、例えば、開口部の内面側と外面側の双方に圧力センサを設けた場合において、両者のセンサの仕様差に応じて、両センサの計測値が一定比率であっても構わない。
Preferably, the amount of suction is controlled based on the measurement result of the pressure sensor provided in the opening so that the pressure on the inner surface side and the pressure on the outer surface side in the opening are equivalent. It is characterized by that.
In this “equivalent” state, there is no turbulence or the like only in the opening, and the inside and outside of the opening are in the same state (the speed and direction of the fluid are the same). By controlling the suction amount so as to maintain such a state, it is possible to create a state as if the probe did not exist in the flow field.
In addition, the above "equivalent" means that the actual pressure inside and outside the opening is equal. For example, when pressure sensors are provided on both the inside and outside of the opening, the specifications of both sensors Depending on the difference, the measured values of both sensors may be at a constant ratio.
また、好ましくは、前記開口部と前記吸引手段との間に、前記吸引する量を制御するための流量制御弁が設けられていることを特徴とする。
従って、例えば開口部と吸引手段との間の距離が長かったり、吸引手段が吸引量を迅速に変更できなかったりしても、流量制御弁により、開口部における内面側の圧力と外面側の圧力とが等価となるように迅速に流体の流量を制御して、短時間でも流動場の流れを乱す恐れを有効に防止できる。
Preferably, a flow rate control valve for controlling the suction amount is provided between the opening and the suction means.
Therefore, for example, even if the distance between the opening and the suction means is long or the suction means cannot change the suction amount quickly, the pressure on the inner surface and the pressure on the outer surface at the opening are controlled by the flow control valve. The flow rate of the fluid can be quickly controlled so as to be equivalent, and the possibility of disturbing the flow of the flow field can be effectively prevented even for a short time.
また、好ましくは、前記プローブには、前記内側通路と空間的に繋がり、前記被撮像空間から離れる方向に延伸可能なチューブ状部材が接続されており、前記吸引手段は、前記チューブ状部材を介して前記開口部内に進入した前記流体を吸引するようにしたことを特徴とする。
従って、開口部内に進入した流体を、チューブ状部材を介して被撮像空間からより遠ざけた位置に導いて、被撮像空間に影響を及ぼすような要因をより効果的に除去できる。また、吸引手段も流動場から遠ざけた位置に置くことができ、吸引手段が流動場の乱流の要因になることも防止できる。
Preferably, the probe is connected to a tubular member that is spatially connected to the inner passage and can be extended in a direction away from the imaging space, and the suction means is interposed via the tubular member. The fluid that has entered the opening is sucked.
Therefore, the fluid that has entered the opening can be guided to a position further away from the imaged space via the tubular member, and factors that affect the imaged space can be more effectively removed. Further, the suction means can also be placed at a position away from the flow field, and the suction means can be prevented from causing turbulence in the flow field.
また、好ましくは、前記開口部は、周縁部が細枠状とされ、さらに、内側に前記流体を前記内側通路に導くためのガイド壁が形成されていることを特徴とする。
そうすると、開口部はその周縁部が細枠状であるため、周縁部に当たる流体の量を低減して、流体が周縁部に当たることで生ずる乱流さえも抑制できる。
また、開口部の内側に流体を内側通路に導くためのガイド壁があるため、開口部に進入した流体を円滑に内側通路に導いて、開口部内で流体が停滞して新たな流体が円滑に進入できない恐れをより有効に防止することができる。
In a preferred embodiment, the opening has a narrow frame shape at the periphery, and a guide wall for guiding the fluid to the inner passage is formed inside.
Then, since the peripheral part of the opening has a thin frame shape, the amount of fluid that hits the peripheral part can be reduced, and even turbulent flow that occurs when the fluid hits the peripheral part can be suppressed.
In addition, since there is a guide wall for guiding the fluid to the inner passage inside the opening, the fluid that has entered the opening is smoothly guided to the inner passage, and the fluid stagnates in the opening and the new fluid smoothly flows. The fear that it cannot enter can be prevented more effectively.
以上説明したように、本発明によれば、狭い流動場等におけるプローブの侵襲性を低減して、精度のよい測定を可能にした流体測定装置を提供できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fluid measuring apparatus that can reduce the invasiveness of a probe in a narrow flow field or the like and enable accurate measurement.
以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図において付した同じ符号は同様の構成を有している。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these embodiments. Moreover, the same code | symbol attached | subjected in each figure has the same structure.
先ず、本発明の実施形態に係る流体測定装置の概要を、図1を用いて説明する。
図1は本発明の実施形態に係る流体測定装置20の全体の概略図である。
この図の流体測定装置(以下、「本装置」という)20は、車のエンジンルームや車の床下、都市模型風洞試験におけるビル模型間の場所、等の狭く又は複雑なスペースの流動場Sの流体状態(流れる速度や方向、又は圧力分布)を測定するのに好適に使用される。
なお、本実施形態では、気流の流速や圧力分布を測定するための装置を例示するが、本発明はこれに限られず、水流の流速や圧力分布を測定するようにした装置であっても構わない。
First, an outline of a fluid measurement device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is an overall schematic view of a fluid measuring device 20 according to an embodiment of the present invention.
The fluid measuring device 20 (hereinafter referred to as “this device”) 20 in this figure is used for a flow field S in a narrow or complicated space such as a car engine room, a car floor, a place between building models in an urban model wind tunnel test, etc. It is preferably used for measuring a fluid state (flow velocity and direction, or pressure distribution).
In this embodiment, an apparatus for measuring the flow velocity and pressure distribution of the airflow is illustrated, but the present invention is not limited to this, and an apparatus that measures the flow velocity and pressure distribution of the water flow may be used. Absent.
本装置20は2次元3成分(2dimensional 3components)の流体状態を測定する装置であり、トレーサ粒子を混入する等した流動場Sにレーザ光LB1を照射して、被撮像空間にシート状のレーザシート光SPを形成し、このレーザシート光SP内の粒子等に照射されてなる散乱光を2台のカメラ40,41で撮影し、レーザシート光SPの面方向XYと面外方向Zを測定するようになっている(図の方向X,Y,Zは互いに直交する)。従って、レーザシート光SPはシート状で厚みを必要としないため、幅が狭かったり、物体面に近接したりする流動場Sの流体状態を測るのに適している。 This apparatus 20 is an apparatus for measuring a fluid state of two-dimensional three components, and irradiates a laser beam LB1 to a flow field S in which tracer particles are mixed, so that a sheet-like laser sheet is applied to an imaging space. The light SP is formed, and the scattered light irradiated on the particles in the laser sheet light SP is photographed by the two cameras 40 and 41, and the surface direction XY and the out-of-plane direction Z of the laser sheet light SP are measured. (The directions X, Y, and Z in the figure are orthogonal to each other.) Therefore, since the laser sheet light SP is a sheet and does not require a thickness, it is suitable for measuring the fluid state of the flow field S that is narrow in width or close to the object surface.
また、本装置20は、本体部22と、この本体部22にチューブ24を介して接続されたプローブ26とを有している。プローブ26には出来るだけ機器や装置を配置せず、本実施形態の場合、比較的大きめの機器としては、カメラ40,41とレーザ光照射部28のみが配置され、小型化されている。これにより、狭い流動場Sに小型化されたプローブ26を挿入して、流速等を測れるようにしている。 Further, the apparatus 20 includes a main body 22 and a probe 26 connected to the main body 22 via a tube 24. In the present embodiment, only the cameras 40 and 41 and the laser beam irradiation unit 28 are arranged as a relatively large device and the size is reduced. Thereby, the miniaturized probe 26 is inserted into the narrow flow field S so that the flow velocity and the like can be measured.
〔プローブ以外の構成の概要〕
次に、本装置20のプローブ26以外の構成について説明する。
図1の本体部22には、レーザ発振部30、レーザ電源31、カメラ電源32、コントローラ33、コンピュータ34、冷却装置35がまとめて配設されている。
レーザ発振部30はレーザ光を発振させる装置であり、発振したレーザ光はチューブ24及びプローブ26のレーザ光照射部28を介して、流動場Sの被撮像空間に向かって面状のレーザ光LB1となるように照射される。本実施形態のレーザ光LB1はダブルパルスレーザであり、例えば532nmの波長のYAGレーザが使用できる。
レーザ電源31は、レーザ発振部30に電源を供給し、パルスレーザのパルス幅に対応して通電するようになっている。
[Outline of configuration other than probe]
Next, the configuration of the apparatus 20 other than the probe 26 will be described.
1 includes a laser oscillation unit 30, a laser power source 31, a camera power source 32, a controller 33, a computer 34, and a cooling device 35.
The laser oscillating unit 30 is a device that oscillates laser light. The oscillated laser light passes through the tube 24 and the laser light irradiating unit 28 of the probe 26, and the planar laser light LB 1 toward the imaging space of the flow field S. It is irradiated so that it becomes. The laser beam LB1 of the present embodiment is a double pulse laser, and for example, a YAG laser having a wavelength of 532 nm can be used.
The laser power source 31 supplies power to the laser oscillation unit 30 and energizes in accordance with the pulse width of the pulse laser.
カメラ電源32は、プローブ26内の複数のカメラ40,41に電気的に接続され、電源を供給すると共に、カメラ40,41との間で信号の送受信を行っている。このカメラ電源32とレーザ電源31はコントローラ33に接続されている。
コントローラ33は、カメラ電源32とレーザ電源31とを同期させることで、レーザ発振部30からレーザ光を発振するタイミングと、カメラ40,41で撮影するタイミングとを同期させている。また、このコントローラ33はコンピュータ34に接続され、カメラ40,41で撮影した画像データをコンピュータ34に送信するようになっている。
コンピュータ34は、受信した複数枚の画像データに基づいて、公知の解析アルゴリズム(例えば、特開2004−20385参照)を用いて、流動場Sの流速などを算出する。すなわち、互いに撮影角度の差をつけるようにした2台のカメラ40,41から送られてきた微小時間差をおいた夫々の2枚の画像(レーザシート光SP内の散乱光画像など)のデータと、上記撮影角度の差から、マッピング関数を用いて、レーザシート光SPの面方向のベクトルXYと、これに直交するベクトルZにおける粒子の移動量を計算している。
The camera power supply 32 is electrically connected to the plurality of cameras 40 and 41 in the probe 26, supplies power, and transmits and receives signals to and from the cameras 40 and 41. The camera power source 32 and the laser power source 31 are connected to the controller 33.
The controller 33 synchronizes the camera power supply 32 and the laser power supply 31 to synchronize the timing of oscillating the laser beam from the laser oscillation unit 30 and the timing of photographing with the cameras 40 and 41. The controller 33 is connected to a computer 34 and transmits image data captured by the cameras 40 and 41 to the computer 34.
The computer 34 calculates the flow velocity and the like of the flow field S using a known analysis algorithm (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-20385) based on a plurality of received image data. That is, the data of two images (scattered light images in the laser sheet light SP, etc.) sent from the two cameras 40 and 41 that are set to have a difference in photographing angle with each other with a minute time difference, and From the difference in the photographing angle, the moving amount of the particle in the plane direction vector XY of the laser sheet light SP and the vector Z orthogonal thereto is calculated using a mapping function.
チューブ24は可撓性を有する管状であり、複雑な形状を有する流動場Sであっても、くねらせながら、その先端に付けられたプローブ26を流動場Sに挿入できるようにしている。すなわち、チューブ24は中空状とされ、その内側に複数の可撓性を有するケーブル又はチューブ類C1〜C4が挿通された、所謂複合ケーブルである。図1のC1は冷却用チューブ、C2はレーザ発振部30のレーザ光を伝達可能な光ファイバーケーブル、C3及びC4はカメラ40,41の夫々の電源及び信号ケーブルである。なお、これらのケーブル又はチューブ類C1〜C4は、プローブ26内に差し込まれてプローブ26内で固定されている。
このように、可撓性のあるチューブ24を使用できたのは、複数のカメラ40,41及び、後述するレーザ光照射部28をプローブ26の方に収容固定して、本体部22とプローブ26との位置関係を問わないようにしたためである。
The tube 24 is a flexible tube, and even if the flow field S has a complicated shape, the probe 26 attached to the tip of the flow field S can be inserted into the flow field S while being twisted. That is, the tube 24 is a hollow cable, and is a so-called composite cable in which a plurality of flexible cables or tubes C1 to C4 are inserted. In FIG. 1, C1 is a cooling tube, C2 is an optical fiber cable capable of transmitting laser light from the laser oscillation unit 30, and C3 and C4 are power sources and signal cables for the cameras 40 and 41, respectively. These cables or tubes C1 to C4 are inserted into the probe 26 and fixed in the probe 26.
In this way, the flexible tube 24 can be used because a plurality of cameras 40 and 41 and a laser beam irradiation unit 28 described later are accommodated and fixed toward the probe 26, and the main body unit 22 and the probe 26. This is because the positional relationship is not questioned.
〔プローブについて〕
次に、プローブ26について、上述した図1、及び図2〜図3を用いて説明する。
図2はプローブ26を図1のF方向(先端側)から見た先端面の図、図3は図2のA−A断面図である。なお、図3では図面が煩雑にならないように、ケーブルC3及びC4の一部を省略し、また、断面を表すハッチングを適宜省略して図示している。
図3に示すように、本装置20の先端部に配置されたプローブ26は、筐体29に、複数のカメラ40,41、レーザ光照射部28、及び光ファイバーケーブルC2を固定するようにしており、互いの相対的な位置関係が予め決められているため、使用の際、キャリブレーションを用いた位置調整が不要である。
[About the probe]
Next, the probe 26 will be described with reference to FIGS. 1 and 2 to 3 described above.
2 is a front end view of the probe 26 as viewed from the F direction (front end side) in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 3, in order not to complicate the drawing, a part of the cables C <b> 3 and C <b> 4 is omitted, and hatching indicating a cross section is appropriately omitted.
As shown in FIG. 3, the probe 26 disposed at the tip of the apparatus 20 fixes a plurality of cameras 40 and 41, a laser beam irradiation unit 28, and an optical fiber cable C2 to a housing 29. Since the relative positional relationship with each other is determined in advance, it is not necessary to adjust the position using calibration during use.
筐体29は、図1に示すように、外形が全体的に略矩形状であって、4面の壁面29A〜29Dが流体の流れる方向FLに沿うように形成されている。これにより、筐体29の壁面29A〜29Dが流れFLに与える影響を最小限に抑えることができる。なお、本発明の筐体29の外形は矩形状に限られないが、この際、可及的に多くの壁面が流体の流れFLに沿うようにした他の形状(例えば円柱状や三角柱状など)が好ましい。 As shown in FIG. 1, the housing 29 has a substantially rectangular outer shape as a whole, and is formed so that the four wall surfaces 29 </ b> A to 29 </ b> D are along the fluid flow direction FL. Thereby, the influence which wall surface 29A-29D of the housing | casing 29 has on the flow FL can be suppressed to the minimum. Note that the outer shape of the housing 29 of the present invention is not limited to a rectangular shape, but at this time, other shapes in which as many wall surfaces as possible follow the fluid flow FL (for example, a cylindrical shape, a triangular prism shape, or the like). ) Is preferred.
そして、筐体29は、カメラ40,41を収容固定しており、後述する反射鏡12,13と被撮像空間(つまりレーザシート光SPが形成された空間)との間、及び、レーザ光照射部28と被撮像空間との間に、壁面29Aの一部を構成するようにして、透明又は透光性を有する窓部15が配置されている。これにより、レーザ光照射部28からレーザ光LB1を照射して、外部にレーザシート光SPを形成できる。そして、プローブ26の密閉空間AC(図3参照)に収容されたカメラ40,41が、反射鏡12,13を介して外側のレーザシート光SPの散乱光を撮像できる。なお、本実施形態の窓部15は一枚であり、壁面29Aの略周縁部を除く中央領域全てに配置されている。 The housing 29 accommodates and fixes the cameras 40 and 41, and between the reflecting mirrors 12 and 13 described later and the space to be imaged (that is, the space in which the laser sheet light SP is formed) and the laser light irradiation. A transparent or translucent window portion 15 is disposed between the portion 28 and the imaged space so as to constitute a part of the wall surface 29A. Thereby, the laser beam LB1 can be irradiated from the laser beam irradiation unit 28, and the laser sheet beam SP can be formed outside. Then, the cameras 40 and 41 accommodated in the sealed space AC (see FIG. 3) of the probe 26 can capture the scattered light of the outer laser sheet light SP via the reflecting mirrors 12 and 13. In addition, the window part 15 of this embodiment is one piece, and is arrange | positioned in all the center area | regions except the substantially peripheral part of wall surface 29A.
カメラ40,41は、デジタル式のCOMSカメラやCCDカメラ等を利用でき、レーザシート光SPの粒子に当たった散乱光を撮像するものである。図では、2台のカメラ40,41が流体の流れFLと同じ方向Zに並んでおり、反射鏡12,13を介して互いに角度差をつけた撮像が可能となるようにプローブ26に固定されている。
図3に示すカメラ40,41は、撮像レンズ42,43とボディ部45,46とが分離しており、ボディ部45,46には、撮像レンズ42,43で集めた光を結像させて電気信号に変換するCCDセンサ等の撮像素子52、及びこの撮像素子52やコンデンサ等を搭載した基板53を有している。そして、カメラ40,41は所謂シャインフルーグ(Scheimpflug)機能を有しており、撮像レンズ42,43がプローブ26に固定されているのに対して、ボディ部45,46が図3のR方向に所要の角度だけ回転可能とされ、これにより、撮像レンズ42,43の光軸と撮像素子52の光軸とにあおり角を付けられるようにしている。従って、照射方向Xに所定の長さを有するレーザシート光SPであっても、カメラ40,41は焦点を合わせることができる。
As the cameras 40 and 41, a digital type COMS camera, a CCD camera, or the like can be used, and images scattered light hitting the particles of the laser sheet light SP. In the figure, two cameras 40 and 41 are arranged in the same direction Z as the fluid flow FL, and are fixed to the probe 26 through the reflecting mirrors 12 and 13 so that imaging with an angular difference is possible. ing.
In the cameras 40 and 41 shown in FIG. 3, the imaging lenses 42 and 43 and the body portions 45 and 46 are separated, and the light collected by the imaging lenses 42 and 43 is imaged on the body portions 45 and 46. It has an image sensor 52 such as a CCD sensor that converts it into an electrical signal, and a substrate 53 on which the image sensor 52 and a capacitor are mounted. The cameras 40 and 41 have a so-called Scheimpflug function, and the imaging lenses 42 and 43 are fixed to the probe 26, whereas the body portions 45 and 46 are in the R direction in FIG. In this way, the optical axis of the imaging lenses 42 and 43 and the optical axis of the imaging element 52 can be tilted. Therefore, even with the laser sheet light SP having a predetermined length in the irradiation direction X, the cameras 40 and 41 can be focused.
レーザ光照射部28は、光ファイバーケーブルC2からの出射光LB2をシート状のレーザシート光SPにして照射するものであり、レーザシート光SPを生成するための光学系であるシート光形成部28aと、このシート光形成部28aからのレーザ光を屈曲させ、被撮像空間に向けてレーザ光LB1を照射するための屈曲光学部28bとを有する。シート光形成部28aと屈曲光学部28bとは、2台のカメラ40,41が並ぶ方向Zに沿って並べられている。
具体的には、シート光形成部28aは、筐体29内に挿入された光ファイバーケーブルC2からの出射光LB2を図のXZ面方向のみ収束させる例えば凸シリンドリカルレンズからなる光学系レンズ60を有している。
屈曲光学部28bについては、照射方向を変えるための照射方向変更部66を有している。この照射方向変更部66には、光学系レンズ60からのレーザ光の方向Zを変えるためのプリズムやキューブミラー等が利用でき、本実施形態ではレーザ光を90度屈曲させる直角プリズムを使用している。
The laser beam irradiation unit 28 irradiates the emitted light LB2 from the optical fiber cable C2 as a sheet-like laser sheet light SP, and a sheet light forming unit 28a which is an optical system for generating the laser sheet light SP; The bending optical unit 28b for bending the laser light from the sheet light forming unit 28a and irradiating the laser beam LB1 toward the imaging space. The sheet light forming part 28a and the bending optical part 28b are arranged along the direction Z in which the two cameras 40 and 41 are arranged.
Specifically, the sheet light forming unit 28a has an optical system lens 60 made of, for example, a convex cylindrical lens that converges the emitted light LB2 from the optical fiber cable C2 inserted into the housing 29 only in the XZ plane direction in the figure. ing.
The bending optical unit 28b has an irradiation direction changing unit 66 for changing the irradiation direction. The irradiation direction changing unit 66 can use a prism, a cube mirror, or the like for changing the direction Z of the laser light from the optical system lens 60. In this embodiment, a right-angle prism that bends the laser light by 90 degrees is used. Yes.
この点、2台のカメラ40,41は、レーザ光照射部28からレーザ光LB1が照射される方向Xと直交するレーザシート光SPの面外方向Zに沿って配列されている。このため、プローブ26の中で最も大きな外形を有するカメラ40,41を並べたことで、プローブ26は、カメラ40,41の配列方向Zと直交する方向(即ち、レーザ光LB1が照射される方向)Xの寸法Dを小さくすることができる。 In this regard, the two cameras 40 and 41 are arranged along the out-of-plane direction Z of the laser sheet light SP orthogonal to the direction X in which the laser light LB1 is irradiated from the laser light irradiation unit 28. For this reason, by arranging the cameras 40 and 41 having the largest outer shape among the probes 26, the probe 26 is in a direction orthogonal to the arrangement direction Z of the cameras 40 and 41 (that is, the direction in which the laser beam LB1 is irradiated). ) The dimension D of X can be reduced.
そして、カメラ40,41は、その撮像レンズ42,43が、レーザ光LB1の照射方向Xを中心にして、レーザシート光SP側とは反対側を向くように配置され、撮像レンズ42,43の前であってプローブ26に固定された平板状の反射鏡12,13を介して、レーザシート光SPを撮像するようにしている。従って、カメラ40,41の撮像レンズ42,43の固定位置を略変えずに、ボディ部45,46をレーザ光LB1側に振ることが出来る分、カメラ40,41の配列方向Zについて、プローブ26の寸法Wを小さくすることができる。
即ち、レーザシート光SPに対して大きな角度を付けて撮影することが、粒子の移動量を正確に把握する上で好ましいため、レーザシート光SPの中心CN(Z方向におけるレーザ光の収束箇所)とカメラ40,41の撮像方向との交差角θ1,θ2を小さくすることはできず、この互いに異なる交差角θ1,θ2を維持したまま、ボディ部45,46をレーザ光LB1側に振っている。
このようにして、プローブ26は寸法Dも寸法Wも小さくすることができる。
The cameras 40 and 41 are arranged so that the imaging lenses 42 and 43 face the opposite side to the laser sheet light SP side with the irradiation direction X of the laser light LB1 as the center. The laser sheet light SP is imaged through the plate-like reflecting mirrors 12 and 13 which are the front and fixed to the probe 26. Accordingly, the probe 26 is arranged in the arrangement direction Z of the cameras 40 and 41 by the amount that the body portions 45 and 46 can be moved to the laser beam LB1 side without substantially changing the fixing positions of the imaging lenses 42 and 43 of the cameras 40 and 41. The dimension W can be reduced.
That is, since it is preferable to take an image with a large angle with respect to the laser sheet light SP in order to accurately grasp the amount of movement of the particles, the center CN of the laser sheet light SP (the convergence point of the laser light in the Z direction). And the imaging directions of the cameras 40 and 41 cannot be reduced, and the body portions 45 and 46 are swung to the laser beam LB1 side while maintaining the different intersection angles θ1 and θ2. .
In this way, the probe 26 can be reduced in both the dimension D and the dimension W.
本実施形態では、反射鏡12,13は、その主面がレーザシート光SPを向くようにして、照射方向Xに対して所定の傾きθ3,θ4を有している。図の場合、レーザ光LB1により近い反射鏡13の傾きθ3は反射鏡12の傾きθ4に比べて大きく形成されている。これにより、カメラ40,41を図のZ方向に沿うようにより大きく振って、後述の内側通路72や流量制御弁80を設けたとしても、照射方向XのサイズDが過大になる事態を回避している。 In the present embodiment, the reflecting mirrors 12 and 13 have predetermined inclinations θ3 and θ4 with respect to the irradiation direction X so that the main surfaces thereof face the laser sheet light SP. In the figure, the inclination θ3 of the reflecting mirror 13 closer to the laser beam LB1 is formed larger than the inclination θ4 of the reflecting mirror 12. Thereby, even if the cameras 40 and 41 are shaken more greatly along the Z direction in the figure and an inner passage 72 and a flow rate control valve 80 which will be described later are provided, a situation in which the size D in the irradiation direction X becomes excessive is avoided. ing.
また、本実施形態では、プローブ26からのレーザ光LB1の照射方向Xについて、被撮像空間に向かって、レーザ光照射部28、複数のカメラ40,41の順に配置されている。これにより、プローブ26に近接してY方向に拡がった空間を形成し難いレーザシート光SPを、可及的にプローブ26に近づけている。そして、レーザシート光SPをプローブ26に近づけることができれば、小さな流動場Sであっても対応でき、さらに、カメラ40,41の反射鏡12,13を介した撮像方向とレーザシート光SPとの交差角θ1,θ2を大きくとって、精度のよい測定も可能になる。 Further, in the present embodiment, the laser beam irradiation unit 28 and the plurality of cameras 40 and 41 are arranged in this order toward the imaging space in the irradiation direction X of the laser beam LB1 from the probe 26. As a result, the laser sheet light SP that is difficult to form a space that expands in the Y direction in the vicinity of the probe 26 is brought as close to the probe 26 as possible. If the laser sheet light SP can be brought close to the probe 26, even a small flow field S can be dealt with, and further, the imaging direction via the reflecting mirrors 12 and 13 of the cameras 40 and 41 and the laser sheet light SP can be handled. By making the crossing angles θ1 and θ2 large, it is possible to perform accurate measurement.
以上のようにして小型化され、流動場Sの被撮像空間(即ちレーザシート光)SPに近づいて撮像可能になったプローブ26については、流体がプローブ26に当たって流れを乱すことで、測定に悪影響を与える恐れがある。
そこで、本装置20はこの悪影響を防止するため種々の工夫をしており、これを、上述した図1〜図3、さらにプローブ26の先端面側の水平断面図(XZ面方向の断面図)である図4を用いて、以下、説明する。なお、図4では図面が煩雑にならないように、断面を表すハッチングを適宜省略して図示している。
As described above, the probe 26 that is miniaturized and can be imaged close to the imaging space (ie, the laser sheet light) SP of the flow field S causes the fluid to impinge on the probe 26 and disturb the flow, thereby adversely affecting the measurement. There is a risk of giving.
Therefore, the present apparatus 20 is devised in various ways to prevent this adverse effect. This is illustrated in FIGS. 1 to 3 described above, and further, a horizontal sectional view (cross sectional view in the XZ plane direction) of the distal end surface side of the probe 26. This will be described below with reference to FIG. In FIG. 4, hatching representing a cross section is appropriately omitted so as not to complicate the drawing.
〔流乱防止の構成等について〕
先ず、図1及び図3に示すように、プローブ26は、流体が当たる面に開口部70を有すると共に、開口部70内に進入した流体を被撮像空間SPから離れる方向に導くための内側通路72を有している。そうすると、流体は、プローブ26の先端面全体に当たることはなく、一部が開口部70の中に入って、内側通路72を通り、被撮像空間SPから離れていくことになる。従って、内側通路72に入った流体の分だけ、プローブ26の流動場への侵襲性を低減できる。
[Regarding configuration for preventing turbulence]
First, as shown in FIGS. 1 and 3, the probe 26 has an opening 70 on the surface that the fluid contacts, and an inner passage for guiding the fluid that has entered the opening 70 away from the imaging space SP. 72. Then, the fluid does not hit the entire distal end surface of the probe 26, and a part thereof enters the opening 70, passes through the inner passage 72, and moves away from the imaging space SP. Therefore, the invasiveness to the flow field of the probe 26 can be reduced by the amount of the fluid that has entered the inner passage 72.
本実施形態の開口部70は、図1〜図3に示すように、プローブ26の先端面(本実施形態では流体が最初に当たる面)に形成され、その周縁部(換言すれば、先端面の周縁部)65が細枠状とされている。そうすると、プローブ26の先端面において、流体の流れFLが衝突するのは、この面積的に小さな細枠状部だけであり、従って、流体が周縁部65に当たることで生ずる乱流も低減できる。
図4の二点鎖線で囲った図に示すように、被撮像空間側の周縁部65は、先端側の厚みが小さく、この先端から後端側(図4の左側)に向かうに従って除々に厚みが大きくなる傾斜面65aを有している。この周縁部65は、略尖ったような形状が好ましく、さらに、開口部70の内側だけ削ぎ落とした片刃形状とするのがより好ましい。周縁部65がこのような形状であると、先端の略尖った部分に当たった流れFL1は円滑に分岐し、分岐した一方の流れFL2は傾斜面65aに沿って開口部70の内側に円滑に導かれる。そして、分岐した他方の流れFL3については、開口部70の外側に向かうことになるが、その粘性により、流体の全体的な流れFLに沿った壁面29Aに沿って流れ易くなる。このようにして、周縁部65に当たった流れFL1は、その分岐の際に僅かな乱れは生じるが、その乱れは測定結果に影響を与えるものとはならない。
As shown in FIGS. 1 to 3, the opening 70 of the present embodiment is formed on the distal end surface of the probe 26 (the surface on which the fluid first hits in this embodiment), and its peripheral portion (in other words, the distal end surface). A peripheral edge portion 65 has a thin frame shape. As a result, the flow FL of the fluid collides with the thin frame-shaped portion having a small area on the front end surface of the probe 26, and therefore, the turbulent flow generated when the fluid hits the peripheral portion 65 can be reduced.
As shown in the diagram surrounded by the two-dot chain line in FIG. 4, the peripheral portion 65 on the imaging space side has a small thickness on the front end side, and gradually becomes thicker from this front end toward the rear end side (left side in FIG. 4). Has an inclined surface 65a. The peripheral edge 65 is preferably substantially pointed, and more preferably has a single-edged shape in which only the inside of the opening 70 is scraped off. When the peripheral edge portion 65 has such a shape, the flow FL1 hitting the substantially pointed portion of the tip smoothly branches, and one branched flow FL2 smoothly flows inside the opening 70 along the inclined surface 65a. Led. And about the other flow FL3 branched, it goes to the outer side of the opening part 70, However, It becomes easy to flow along the wall surface 29A along the whole flow FL of fluid by the viscosity. In this way, the flow FL1 hitting the peripheral edge portion 65 is slightly disturbed at the time of branching, but the disturbance does not affect the measurement result.
図1及び図3に示す内側通路72は、流体の流れFLに沿って形成され、レーザ光LB1の照射方向Xと直交する方向Zであって、屈曲光学部28bから離れるように延伸している。この内側通路72は、過大であるとプローブ26自体が大きくなってしまうため、図のXY方向について、少なくとも開口部70の断面積に比べて小さな断面積とされ、好ましくは、流動場Sの大きさや、プローブ26と被撮像空間SPとの距離、流体の速度などを考慮して決めるのがよい。
図の場合、プローブ26の内側にはカメラ40,41やレーザ光照射部28等を密閉する収容部67が形成され、この収容部67と筐体29の被撮像空間SPから最も離れた壁面29Bとで画される空間を利用して内側通路72が形成されている。
そして、開口部70については、その内側で流体が停滞して新たな流体が円滑に進入できない恐れを有効に防止するため、その内側に流体を内側通路72に導くためのガイド壁67Aが形成されている。このガイド壁67Aは、図の場合、収容部67の開口部70に臨む傾斜した壁面である。即ち、開口部70内に進入した概ねの流体が最初に当たるのは壁面67Aであるため、この壁面67Aを内側通路72に向かうに従ってプローブ26の後端側(図3の左側)になるように傾斜させている。
このようにして、内側通路72は、照射方向Xについて被撮像空間SPから最も離れた位置にあり、かつ、この内側通路72に円滑に流体を導くようにたガイド壁(壁面67A)を有するので、照射方向Xについて被撮像空間SP側で流れFLが乱れることを効果的に防止しながら、流体を円滑に内側通路72に流すことができる。
The inner passage 72 shown in FIGS. 1 and 3 is formed along the fluid flow FL, and extends in the direction Z perpendicular to the irradiation direction X of the laser beam LB1 and away from the bending optical portion 28b. . If the inner passage 72 is excessively large, the probe 26 itself becomes large, so that the cross-sectional area is at least smaller than the cross-sectional area of the opening 70 in the XY direction in the figure, and preferably the flow field S is large. In addition, the distance may be determined in consideration of the distance between the probe 26 and the imaging space SP, the fluid velocity, and the like.
In the case of the figure, a housing portion 67 is formed inside the probe 26 to seal the cameras 40 and 41, the laser light irradiation portion 28, and the like, and the wall surface 29B farthest from the housing portion 67 and the imaging space SP of the housing 29 is formed. An inner passage 72 is formed using a space defined by
The opening 70 is formed with a guide wall 67A for guiding the fluid to the inner passage 72 in order to effectively prevent the possibility that a new fluid may not smoothly enter due to the fluid stagnating inside the opening 70. ing. In the case of the figure, the guide wall 67 </ b> A is an inclined wall surface facing the opening 70 of the housing portion 67. That is, since the wall 67A is first contacted by the fluid that has substantially entered the opening 70, the wall 67A is inclined toward the inner passage 72 toward the rear end side (left side in FIG. 3) of the probe 26. I am letting.
In this way, the inner passage 72 is located farthest from the imaging space SP in the irradiation direction X, and has a guide wall (wall surface 67A) that smoothly guides the fluid to the inner passage 72. The fluid can be smoothly flowed into the inner passage 72 while effectively preventing the flow FL from being disturbed on the imaging space SP side in the irradiation direction X.
次に、流乱防止の構成として、内側通路72を通る流体を測定に略影響を及ばさない場所まで導いている。
即ち、本装置20は、図3に示すように、プローブ26に、内側通路72と空間的に繋がり、被撮像空間SPから離れる方向に延伸したチューブ状部材C6が接続されている。
チューブ状部材C6は、一方の端部C6aがプローブ26の中まで差し込まれ、この差し込まれた端部C6aが内側通路72としての役割も有している。そして、チューブ状部材C6は可撓性を有し、光ファイバーケーブルC2等とまとめてチューブ24の中に収められ、図1に示すように、他方の端部C6bが、流動場Sの外部に配置された本体部22に接続されている。これにより、図1及び図3に示すように、内側通路72を通った流体を、チューブ状部材C6を介して流動場Sの外部に排出でき、従って、被撮像空間SPに影響を及ぼすことを防止できる。
Next, as a configuration for preventing turbulence, the fluid passing through the inner passage 72 is guided to a place that does not substantially affect the measurement.
That is, as shown in FIG. 3, the apparatus 20 is connected to the probe 26 with a tubular member C6 that is spatially connected to the inner passage 72 and extends in a direction away from the imaging space SP.
The tubular member C6 has one end C6a inserted into the probe 26, and the inserted end C6a also serves as the inner passage 72. The tubular member C6 has flexibility, and is bundled together with the optical fiber cable C2 and the like into the tube 24. The other end C6b is disposed outside the flow field S as shown in FIG. Connected to the main body 22. As a result, as shown in FIGS. 1 and 3, the fluid that has passed through the inner passage 72 can be discharged to the outside of the flow field S via the tubular member C6, thus affecting the imaging space SP. Can be prevented.
次に、チューブ状部材C6の他方の端部C6bは、本体部22側に設けられたファンやポンプ等の吸引手段39に接続され、この吸引手段39で開口部70に進入した流体をチューブ状部材C6を介して吸引するようにしている。具体的には、吸引手段39は、流動場Sにおいてプローブ26の外側の流体が流れる所要の速度や圧力分布に影響を及ばさない吸引量、即ち、開口部70に正対視した開口面積(図2の平行斜線で示す部分の面積)を通過する流量と同流量となるように吸引している。これにより、開口部70の開口面積(XY方向の断面積)に比べて内側通路72やチューブ状部材C6のXY方向の断面積が小さい場合であっても、流体を内側通路72やチューブ状部材C6に積極的に導いて、流動場Sへのプローブ26の侵襲性を有効に防止できる。 Next, the other end C6b of the tubular member C6 is connected to a suction means 39 such as a fan or a pump provided on the main body 22 side, and the fluid that has entered the opening 70 by the suction means 39 is tubular. Suction is performed through the member C6. Specifically, the suction means 39 has a suction amount that does not affect the required velocity and pressure distribution of the fluid outside the probe 26 in the flow field S, that is, the opening area (when facing the opening 70). Suction is performed so that the flow rate is the same as the flow rate passing through the area of the portion indicated by the parallel diagonal lines in FIG. Thereby, even when the cross-sectional area of the inner passage 72 and the tubular member C6 in the XY direction is smaller than the opening area of the opening 70 (cross-sectional area in the XY direction), the fluid is passed through the inner passage 72 and the tubular member. By actively leading to C6, the invasiveness of the probe 26 to the flow field S can be effectively prevented.
この点、吸引手段39の吸引量は計算又はテストで予め決めてもよいが、エンジンルーム等の流動場Sにおける流体の流れは複雑な場合がある。このため、開口部70を正対視した開口面積(図2の平行斜線で示す部分の面積)を通過する流量と同流量を正確に判断することは難しい。そこで、図4に示すように、開口部70に設けられた圧力センサ75,76の計測結果に基づいて、開口部70における内面70A側の圧力と外面70B側の圧力とが等価となるように吸引量を制御している。
この吸引量の制御は、図1に示すように、吸引手段39と開口部70との間に所定の距離があったとしても、リアルタイムに制御できるのが好ましく、そこで、吸引手段39の吸引量は一定にし、開口部70と吸引手段39との間、好ましくは図3及び図4に示すように、内側通路72に配置された流量制御弁80で流量を制御するのがよい。流量制御弁80には、例えばゲート弁・グローブ弁・ボール弁・バタフライ弁で流路を調整する公知のバルブを用いることができる。この流量制御弁80は、図1に示すバルブ駆動回路部37と接続され、バルブ駆動回路部37からの信号で駆動するようになっている。
In this regard, the suction amount of the suction means 39 may be determined in advance by calculation or test, but the fluid flow in the flow field S such as the engine room may be complicated. For this reason, it is difficult to accurately determine the same flow rate as the flow rate that passes through the opening area (the area indicated by the parallel diagonal lines in FIG. 2) when the opening 70 is viewed directly. Therefore, as shown in FIG. 4, based on the measurement results of the pressure sensors 75 and 76 provided in the opening 70, the pressure on the inner surface 70A side and the pressure on the outer surface 70B side in the opening 70 are equivalent. The suction volume is controlled.
As shown in FIG. 1, it is preferable that the suction amount can be controlled in real time even if there is a predetermined distance between the suction means 39 and the opening 70. The flow rate is controlled by a flow rate control valve 80 disposed between the opening 70 and the suction means 39, preferably in the inner passage 72, as shown in FIGS. As the flow rate control valve 80, for example, a known valve that adjusts the flow path using a gate valve, a globe valve, a ball valve, or a butterfly valve can be used. The flow control valve 80 is connected to the valve drive circuit unit 37 shown in FIG. 1 and is driven by a signal from the valve drive circuit unit 37.
具体的には、図3及び図4に示すように、開口部70の周縁部65(図の場合、開口部70の端面から10mm程度後側の位置)には、内面70Aに形成された穴の中に、内面70A側に向かって露出する内側圧力センサ76、及び、外面70Bに形成された穴の中に、外面70B側に向かって露出する外側圧力センサ75が埋め込まれている。内側圧力センサ76は内面70A側の流れFL4に応じて発生した負圧を、また、外側圧力センサ75は外面70B側の流れFL5に応じて発生した負圧を、同時に計測している。
これら内側及び外側圧力センサ75,76には、例えば水晶振動片やダイヤフラムを利用した小型の公知の圧力センサを用いることができ、好ましくは、同様の仕様を有し、互いに対向して配置されるのが好ましい。
これら内側及び外側圧力センサ75,76を設けた分、周縁部65の壁の厚みD2は増加する。そこで、もし、この厚みD2部分に当たった流れが乱れたとしても、それが被撮像空間の流体状態に影響を及ぼさないように、内側及び外側圧力センサ75,76は、被撮像空間SPから最も離れて配置され、また、周縁部65の先端がテーパを付けるように削ぎ落とされた両刃形状とされている。
Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, a hole formed in the inner surface 70 </ b> A is formed in the peripheral edge 65 of the opening 70 (in the case, a position about 10 mm rearward from the end surface of the opening 70). The inner pressure sensor 76 exposed toward the inner surface 70A and the outer pressure sensor 75 exposed toward the outer surface 70B are embedded in a hole formed in the outer surface 70B. The inner pressure sensor 76 simultaneously measures the negative pressure generated according to the flow FL4 on the inner surface 70A side, and the outer pressure sensor 75 simultaneously measures the negative pressure generated according to the flow FL5 on the outer surface 70B side.
As these inner and outer pressure sensors 75 and 76, for example, small known pressure sensors using a crystal vibrating piece or a diaphragm can be used, and preferably have the same specifications and are arranged to face each other. Is preferred.
Since the inner and outer pressure sensors 75 and 76 are provided, the wall thickness D2 of the peripheral edge 65 increases. Therefore, the inner and outer pressure sensors 75 and 76 are the most from the imaged space SP so that even if the flow that hits the thickness D2 portion is disturbed, it does not affect the fluid state of the imaged space. It has a double-edged shape that is spaced apart and scraped off so that the tip of the peripheral edge portion 65 is tapered.
そして、内側圧力センサ76の計測結果は信号線C5aを通じて、外側圧力センサ75の計測結果は信号線C5bを通じて、それぞれ増幅された後、信号G1,G2として図1の判定部38に送信される。
図1の判定部38では、該内側圧力センサの測定値と外側圧力センサの測定値とを比較して、両数値の差分を判断し、その差分を信号G3として、接続されたコンピュータ34に送信する。コンピュータ34は、該差分がゼロとなるようにバルブ駆動回路部37に流量設定信号G4を送信し、バルブ駆動回路部37は該信号G4に基づいて、図4の流量制御弁80を駆動するようになっている。
Then, the measurement result of the inner pressure sensor 76 is amplified through the signal line C5a and the measurement result of the outer pressure sensor 75 is amplified through the signal line C5b, and then transmitted to the determination unit 38 in FIG. 1 as signals G1 and G2.
1 compares the measured value of the inner pressure sensor with the measured value of the outer pressure sensor to determine the difference between the two values, and transmits the difference as a signal G3 to the connected computer 34. To do. The computer 34 transmits a flow rate setting signal G4 to the valve drive circuit unit 37 so that the difference becomes zero, and the valve drive circuit unit 37 drives the flow rate control valve 80 of FIG. 4 based on the signal G4. It has become.
なお、図4に示す内側圧力センサ76と外側圧力センサ75には同じ仕様のセンサが用いられており、流量制御弁80はこの両者の測定値が等しくなるように制御されている。しかし、本発明はこのような態様に限られず、例えば、内側圧力センサ76と外側圧力センサ75の仕様を異なるものとし、その仕様差を加味して、内側圧力センサ76の測定値と外側圧力センサ75の測定値とが一定の比率を有するように、流量制御弁80を制御するようにしてもよい。 In addition, the sensor of the same specification is used for the inner side pressure sensor 76 and the outer side pressure sensor 75 shown in FIG. 4, and the flow control valve 80 is controlled so that both measured values become equal. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the specifications of the inner pressure sensor 76 and the outer pressure sensor 75 are different from each other, and the measured value of the inner pressure sensor 76 and the outer pressure sensor are considered in consideration of the specification difference. The flow control valve 80 may be controlled so that the measured value of 75 has a certain ratio.
また、本実施形態では、内側圧力センサ76と外側圧力センサ75の2つを用いているが、本発明の圧力センサは必ずしも2つ必要なわけではなく、例えば、図4の一点鎖線で囲った図に対応した圧力センサの変形例である図5に示すように、一つの圧力センサ82であっても構わない。
図5において、開口部の周縁部65には、内面70A側と外面70B側とを結ぶ貫通孔85が形成されており、この貫通孔85の中に一つの圧力センサ82が配設されている。この圧力センサ82は、内面70A側に臨むダイヤフラム86と、外面70B側に臨むダイヤフラム87とを有し、これら2つのダイヤフラム86,87で密閉された空間S1に、表裏に電極88が設けられた圧電素子90が収容されている。このような構成であると、図6に示すように、例えば、内側の流れFL4に比べて外側の流れFL5が強いと、貫通孔85の外面70B側の方の負圧が大きくなって、圧電素子90は外側に撓むことになる。従って、その撓んだ分に応じて電圧が変化するため、その変化量に基づいて、予め定められたデータテーブルを参照して、図4の流量制御弁80の流量を制御すればよい。
Further, in this embodiment, two of the inner pressure sensor 76 and the outer pressure sensor 75 are used, but two pressure sensors of the present invention are not necessarily required. For example, the inner pressure sensor 76 is surrounded by a one-dot chain line in FIG. As shown in FIG. 5 which is a modification of the pressure sensor corresponding to the figure, one pressure sensor 82 may be used.
In FIG. 5, a through hole 85 connecting the inner surface 70 </ b> A side and the outer surface 70 </ b> B side is formed in the peripheral edge portion 65 of the opening, and one pressure sensor 82 is disposed in the through hole 85. . This pressure sensor 82 has a diaphragm 86 facing the inner surface 70A side and a diaphragm 87 facing the outer surface 70B side, and electrodes 88 are provided on the front and back surfaces in a space S1 sealed by these two diaphragms 86, 87. A piezoelectric element 90 is accommodated. With such a configuration, as shown in FIG. 6, for example, when the outer flow FL5 is stronger than the inner flow FL4, the negative pressure on the outer surface 70B side of the through-hole 85 increases, resulting in piezoelectricity. The element 90 will bend outward. Therefore, since the voltage changes according to the amount of deflection, the flow rate of the flow rate control valve 80 in FIG. 4 may be controlled with reference to a predetermined data table based on the change amount.
本装置20は以上のように構成されており、プローブ26は、流体の当たる先端面に細枠状の周縁部65だけを残すようにして開口部70を有すると共に、開口部70内に進入した流体を被撮像空間SPから遠ざけるように導く内側通路72を有している。さらに、この内側通路72は、チューブ状部材C6と空間的につながっており、このチューブ状部材C6の他方の端部は流動場Sから離れた位置にある。そうすると、先端面に向った殆どの流体は開口部70の中に入って、内側通路72とチューブ状部材C6を介して、被撮像空間SPから離れることになる。この際、吸引手段39により、開口部70に進入してきた流体の流量に対応して吸引しているため、内側通路72とチューブ状部材C6の内径が小さくても、開口部70に進入してきた流体をそのまま流動場Sの外部に排出することができる。
図7は、このような実施形態に係るプローブ26を流動場Sに載置して、該プローブ26の周辺の流体状態(流速及び方向)を測定した図である。この図7と流動場に載置された従来のプローブ周辺の流体状態を測定した図8とを比較して分かるように、本装置20は、少なくとも被撮像空間に影響を及ぼすような乱流は見られなかった。
The present apparatus 20 is configured as described above, and the probe 26 has an opening 70 so as to leave only the peripheral edge portion 65 in the form of a thin frame on the front end surface where the fluid hits, and enters the opening 70. An inner passage 72 that guides the fluid away from the imaging space SP is provided. Further, the inner passage 72 is spatially connected to the tubular member C6, and the other end of the tubular member C6 is located away from the flow field S. As a result, most of the fluid directed toward the distal end surface enters the opening 70 and leaves the imaging space SP via the inner passage 72 and the tubular member C6. At this time, since suction is performed by the suction means 39 in accordance with the flow rate of the fluid that has entered the opening 70, it has entered the opening 70 even if the inner diameter of the inner passage 72 and the tubular member C6 is small. The fluid can be discharged out of the flow field S as it is.
FIG. 7 is a diagram in which the probe 26 according to such an embodiment is placed on the flow field S and the fluid state (flow velocity and direction) around the probe 26 is measured. As can be seen by comparing FIG. 7 with FIG. 8 in which the fluid state around the conventional probe placed in the flow field is measured, this apparatus 20 has at least a turbulent flow that affects the imaged space. I couldn't see it.
ところで、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形例を採用できる。
例えば、流体測定装置は、被撮像空間に形成したレーザシート光の面方向の粒子の変位量から2次元の速度等を測定する2次元2成分(2dimensional 2components)や、被撮像空間に円柱状のレーザ光を形成して、2台以上のライトフィールドカメラを使い、焦点距離の異なる複数の焦点平面像を撮影することで、多断面ステレオPIVによるボリュームPIVとする多断面2D3C(2dimensional3components)としてもよい。
また、上記実施形態では、複数のカメラ40,41とレーザ光照射部28の双方をプローブ26内に収容しているが、レーザ光照射部28は、カメラ40,41を固定したプローブ26とは別のプローブに固定する構成にしてもよい。
また、プローブ26に収容されるカメラの台数は2台だけではなく、1台あるいは3台以上であっても構わない。
また、図3に示すチューブ状部材C6は必ずしも必要ではなく、チューブ状部材C6が収容されていない図1のチューブ24を介して、流体を吸引するようにしてもよい。この場合、例えば、図1に示すチューブ24と本体部22のケーシングとを接続し、該ケーシングに取付けられたファンを駆動させることで該ケーシング内を陰圧にして、チューブ24を介して内側通路72内の流体を吸引してもよい。
また、上記実施形態の吸引手段39は本体部22に配置されているが、本発明はこれに限られず、例えば、プローブ26内やチューブ24の途中に配置されても構わない。
By the way, this invention is not limited to the said embodiment, A various modified example is employable.
For example, the fluid measuring device is a two-dimensional two component that measures a two-dimensional velocity or the like from the amount of displacement of particles in the surface direction of laser sheet light formed in the imaging space, or a columnar shape in the imaging space. Multi-section 2D3C (2 dimensional 3 components) may be obtained by forming a laser beam and using two or more light field cameras to shoot a plurality of focal plane images having different focal lengths to form a volume PIV by multi-section stereo PIV. .
Moreover, in the said embodiment, although both the some cameras 40 and 41 and the laser beam irradiation part 28 are accommodated in the probe 26, the laser beam irradiation part 28 is with the probe 26 which fixed the cameras 40 and 41. You may make it the structure fixed to another probe.
Further, the number of cameras accommodated in the probe 26 is not limited to two, and may be one or three or more.
Moreover, the tubular member C6 shown in FIG. 3 is not necessarily required, and fluid may be sucked through the tube 24 of FIG. 1 in which the tubular member C6 is not accommodated. In this case, for example, the tube 24 shown in FIG. 1 and the casing of the main body portion 22 are connected, and a fan attached to the casing is driven to make the inside of the casing have a negative pressure. The fluid in 72 may be aspirated.
Moreover, although the suction means 39 of the said embodiment is arrange | positioned at the main-body part 22, this invention is not restricted to this, For example, you may arrange | position in the probe 26 and the middle of the tube 24. FIG.
12,13・・・反射鏡、20・・・流体測定装置、26・・・プローブ、28・・・レーザ光照射部、30・・・レーザ発振部、39・・・吸引手段、40,41・・・カメラ、70・・・開口部、72・・・内側通路、75・・・外側圧力センサ、76・・・内側圧力センサ、80・・・流量制御弁、S・・・流動場,LB1・・・レーザ光、SP・・・レーザシート光(被撮像空間)、C2・・・光ファイバーケーブル、C6・・・チューブ状部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 12,13 ... Reflection mirror, 20 ... Fluid measuring apparatus, 26 ... Probe, 28 ... Laser beam irradiation part, 30 ... Laser oscillation part, 39 ... Suction means, 40, 41 ... Camera, 70 ... Opening, 72 ... Inner passage, 75 ... Outer pressure sensor, 76 ... Inner pressure sensor, 80 ... Flow control valve, S ... Flow field, LB1 ... Laser beam, SP ... Laser sheet beam (imaged space), C2 ... Optical fiber cable, C6 ... Tube-shaped member
Claims (5)
少なくとも前記カメラは、前記流動場に配置されるようにしたプローブに固定されており、
前記プローブは、前記流体が当たる面に開口部を有すると共に、前記開口部内に進入した前記流体を前記被撮像空間から離れる方向に導くための内側通路を有し、
前記開口部に進入した前記流体を吸引するための吸引手段が設けられている
ことを特徴とする流体測定装置。 A laser and a laser beam irradiation unit configured to irradiate a laser beam to an imaging space of a flow field imaged by the camera, and an image obtained by imaging the fluid in the imaging space A fluid measurement device that measures flow velocity, pressure distribution, etc.
At least the camera is fixed to a probe arranged in the flow field,
The probe has an opening on a surface where the fluid hits, and an inner passage for guiding the fluid that has entered the opening in a direction away from the imaging space,
A fluid measuring device, comprising: suction means for sucking the fluid that has entered the opening.
前記吸引手段は、前記チューブ状部材を介して前記開口部内に進入した前記流体を吸引するようにした
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の流体測定装置。 The probe is connected to a tube-like member that is spatially connected to the inner passage and can be extended in a direction away from the imaging space.
The fluid measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the suction means sucks the fluid that has entered the opening through the tubular member.
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