(57)【要約】【課題】流体への照射光の入射方向が制限されている場合であっても、流体の任意方向の断面における流れ場を可視化する流体可視化計測装置、および、流体可視化計測方法を提供する。【解決手段】流体可視化計測装置１００は、レーザ装置１１からのレーザ光を自由な経路で流体２の内部に導く光ファイバ１２と、光ファイバ１２から出たレーザ光をシート状に広げる光学装置１３とを備えることによって、流体２の表面２Ａが平滑であるか否かに拘らず、流体２の内部にレーザ光を導入できるとともに流体２の任意の断面をシート状に照明できる。また、ビデオカメラ１５を覆う防水カバー１６の底面は球面状に形成され、かつ、底面は透明である。防水カバー１６の底が流体２の内部に位置するよう防水カバー１６を沈めることで、流体２の流れ場を乱すことなく流体２の内部をビデオカメラ１５で撮影することが可能になる。【選択図】図１
2008014860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトレーサ粒子が混入された流体の速度を計測する流体可視化計測装置であって、
照射光を発する光源と、
一方端に前記照射光を受けて前記照射光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバの他方端から出た前記照射光をシート状に広げて前記流体の断面を照明する光学装置と、
前記流体の表面に向けて設置され、前記照射光が前記複数のトレーサ粒子に散乱されることにより生じた散乱光を撮像して画像データを生成し、前記画像データを送信する撮像装置と、
前記撮像装置を覆い、少なくとも前記流体と前記撮像装置との間に位置する一部が透明である撮像装置用カバーと、
前記画像データに基づいて、前記流体の速度を算出する速度算出部とを備える、流体可視化計測装置。
【請求項２】
前記光学装置は、前記流体の内部に配置され、
前記光学装置において、前記照射光の入射側から前記照射光の出射側に向かう向きに垂直な断面は、円状の輪郭を有する、請求項１に記載の流体可視化計測装置。
【請求項３】
前記撮像装置用カバーは、前記光学装置よりも前記流体の上流側に設けられ、かつ、少なくとも一部が前記流体に浸漬される、請求項１に記載の流体可視化計測装置。
【請求項４】
前記撮像装置用カバーにおいて、前記流体に浸漬される部分の表面は、球面状に形成される、請求項３に記載の流体可視化計測装置。
【請求項５】
複数のトレーサ粒子が混入された流体の速度を計測する流体可視化計測方法であって、
照射光を発する光源と、一方端に前記照射光を受けて前記照射光を伝送する光ファイバと、前記光ファイバの他方端から出た前記照射光をシート状に広げる光学装置とを用いて、前記流体の断面を照明するステップと、
前記流体の表面に向けて設置される撮像装置と、前記撮像装置を覆い、少なくとも前記流体と前記撮像装置との間に位置する一部が透明である撮像装置用カバーとを用いて、前記照射光が前記複数のトレーサ粒子に散乱されることにより生じた散乱光を撮像して画像データを生成するステップと、
前記画像データに基づいて、前記流体の速度を算出するステップとを備える、流体可視化計測方法。
【請求項６】
前記光学装置は、前記流体の内部に配置され、
前記光学装置において、前記照射光の入射側から前記照射光の出射側に向かう向きに垂直な断面は、円状の輪郭を有する、請求項５に記載の流体可視化計測方法。
【請求項７】
前記撮像装置用カバーは、前記光学装置よりも前記流体の上流側に設けられ、かつ、少なくとも一部が前記流体に浸漬される、請求項５に記載の流体可視化計測方法。
【請求項８】
前記撮像装置用カバーにおいて、前記流体に浸漬される部分の表面は、球面状に形成される、請求項７に記載の流体可視化計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流れ場を可視化する装置および方法に関し、特に、流体に光を照射する方向が制限される場合にも流れ場の任意の領域を可視化する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の速度を測定するための方法として流体可視化計測と称される計測方法が多く用いられている。
【０００３】
流体可視化計測の概要は以下のとおりである。流体中の粒子と同等の比重を持つ微細なトレーサ粒子が流体に混入され、この流体をパルスレーザ等の光源により瞬間的にシート状に照明する。光源からの光は流体内部のある断面を数時刻照明する。
【０００４】
光源からの光はトレーサ粒子により散乱される。散乱光はビデオカメラなどの撮影装置に取り込まれ、ある２時刻の画像は瞬時的に変化する画像として撮影装置に記録される。その２時刻における画像からトレーサ粒子の移動量や移動時間などが算出されて２次元の流速が求められる。
【０００５】
流体可視化計測では流体内部のある断面をシート状に照明するために、レーザ光の屈折や乱反射による拡散を防ぐ必要がある。このためレーザ光により照明される部分は平滑な面を持ち、かつ、透明な材料で構成されている必要がある。
【０００６】
このような流体可視化計測について、たとえば特開平１０−２６７７８５号公報（特許文献１）では、紫外線で励起されて可視光を発生するトレーサを観測対象流体の流れに混入し、この流れにシート状に加工された紫外線を照射することによって、紫外線が横切る面内での観測対象流体の流れを可視化する可視化方法及び装置が開示される。これによれば、円筒容器の中の気体に、紫外線により励起されて蛍光を発する物質（たとえばローダミンＢを含有させた固体粒子）がトレーサとして混入される。この場合には円筒容器の壁面からの反射光は肉眼では見えないので、観察の際の障害にはならず、トレーサからの散乱光のみを肉眼で観察することができる。
【特許文献１】特開平１０−２６７７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
河川水理の研究のため、河川水理模型を用いて上述の流体可視化計測が行なわれることがある。河川水理模型はモルタル等の材料により作成される。モルタルは光を通さないため、河川水理模型の側面や底面から流体（流水）の内部に光を導入することはできない。このため河川水理模型を用いて流体可視化計測を行なう場合には、河川水理模型の上方から流体の内部に光を導入しなければならない。
【０００８】
しかしながら河川水理模型の形状によっては流体の表面が平坦にならないため、単純に河川水理模型の上方から光を照射しても、流体の表面において光は屈折したり乱反射したりする。このように従来の技術では光を通さない材料を流れる流体を対象に流体可視化計測を行なうことは困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、流体への照射光の入射方向が制限されている場合であっても、流体の任意方向の断面における流れ場を可視化する流体可視化計測装置、および、流体可視化計測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は要約すれば、複数のトレーサ粒子が混入された流体の速度を計測する流体可視化計測装置であって、照射光を発する光源と、一方端に照射光を受けて照射光を伝送する光ファイバと、光ファイバの他方端から出た照射光をシート状に広げて流体の断面を照明する光学装置と、流体の表面に向けて設置され、照射光が複数のトレーサ粒子に散乱されることにより生じた散乱光を撮像して画像データを生成し、画像データを送信する撮像装置と、撮像装置を覆い、少なくとも流体と撮像装置との間に位置する一部が透明である撮像装置用カバーと、画像データに基づいて流体の速度を算出する速度算出部とを備える。
【００１１】
好ましくは、光学装置は、流体の内部に配置される。光学装置において、照射光の入射側から照射光の出射側に向かう向きに垂直な断面は、円状の輪郭を有する。
【００１２】
好ましくは、撮像装置用カバーは、光学装置よりも流体の上流側に設けられ、かつ、少なくとも一部が流体に浸漬される。
【００１３】
より好ましくは、撮像装置用カバーにおいて、流体に浸漬される部分の表面は、球面状に形成される。
【００１４】
本発明の他の局面に従うと、複数のトレーサ粒子が混入された流体の速度を計測する流体可視化計測方法であって、照射光を発する光源と、一方端に照射光を受けて照射光を伝送する光ファイバと、光ファイバの他方端から出た照射光をシート状に広げる光学装置とを用いて流体の断面を照明するステップと、流体の表面に向けて設置される撮像装置と、撮像装置を覆い、少なくとも流体と撮像装置との間に位置する一部が透明である撮像装置用カバーとを用いて、照射光が複数のトレーサ粒子に散乱されることにより生じた散乱光を撮像して画像データを生成するステップと、画像データに基づいて流体の速度を算出するステップとを備える。
【００１５】
好ましくは、光学装置は、流体の内部に配置される。光学装置において、照射光の入射側から照射光の出射側に向かう向きに垂直な断面は、円状の輪郭を有する。
【００１６】
好ましくは、撮像装置用カバーは、光学装置よりも流体の上流側に設けられ、かつ、少なくとも一部が流体に浸漬される。
【００１７】
より好ましくは、撮像装置用カバーにおいて、流体に浸漬される部分の表面は、球面状に形成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、流体への照射光の入射方向が制限されている場合であっても流体の任意方向の断面における流れ場の情報を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２０】
図１は、本実施の形態の流体可視化計測装置の構成を示す斜視図である。
図１を参照して、流体可視化計測装置１００は、河川水理模型１を流れる流体２の速度を計測するための装置である。なお、本実施の形態では流体２は水である。
【００２１】
流体２には複数のトレーサ粒子（図示せず）が混入される。トレーサ粒子は流体２とほぼ同じ比重を有し流体粒子の動きに追従する粒子である。
【００２２】
河川水理模型１はモルタル等の光を通さない材料によって作成される。よって光を透過できるのは流体２のみである。なお、説明の便宜上、図１では河川水理模型１を一般的な水槽として示す。実際の河川水理模型では、図１に示す水槽における側面１Ａ，１Ｂおよび底面１Ｃに対応する部分はモルタル等の不透明な材料により構成されている。
【００２３】
流体可視化計測装置１００は、レーザ装置１１と、光ファイバ１２と、光学装置（レンズ光学系）１３と、支持棒１４と、ビデオカメラ１５と、防水カバー１６と、制御部１８とを備える。
【００２４】
レーザ装置１１は、所定の時間間隔（たとえば数十分の１秒間隔）でパルス状のレーザ光（照射光）を発する光源である。
【００２５】
光ファイバ１２の一方端はレーザ装置１１に光学的に結合される。光ファイバ１２の他方端は光学装置１３に光学的に結合される。光ファイバ１２の一方端にレーザ装置１１からのレーザ光が入射すると、光ファイバ１２はこの光を伝送する。
【００２６】
光ファイバ１２の他方端から出たレーザ光は光学装置１３に入射する。光学装置１３は入射したレーザ光をシート状に広げることで、流体２の内部をシート状に照明する。
【００２７】
図１においてＸ方向は流体２の流れる方向を示し、Ｙ方向はＸ方向に垂直な方向（側面１Ａ，１Ｂに垂直な方向）を示し、Ｚ方向は流体２の表面２Ａに垂直な方向（Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向）を示す。照明領域２０はレーザ光により照明される流体内部のある断面を示す。図１では照明領域２０はＸ方向およびＹ方向に平行な面である。
【００２８】
ここで光ファイバ１２の他方端および光学装置１３は流体２の内部に位置する。よって、流体２の表面２Ａが平滑であるか否かに拘らず、レーザ装置１１から自由な経路で（言い換えれば場所を選ばずに）流体２の内部に光を直接導入でき、かつ、流体２の任意の断面をシート状に照明できる。
【００２９】
支持棒１４の一方端は光学装置１３に取り付けられ、支持棒１４の他方端は動かないように固定される。仮に流体２の流れによって光学装置１３が揺らいだ場合には、流体２の内部においてレーザ光により照明される範囲が変動する。光学装置１３は支持棒１４によって動かないように固定されるので、このような問題を防ぐことができる。
【００３０】
光学装置１３から出たレーザ光は複数のトレーサ粒子によって散乱される。これにより散乱光が生じる。ビデオカメラ１５は受光側（レンズが取り付けられている側）が流体２の表面２Ａに向くように設置される。ビデオカメラ１５は複数のトレーサ粒子により生じた散乱光を撮像して画像データＤを生成し、制御部１８に画像データＤを送信する。
【００３１】
ビデオカメラ１５は防水カバー１６に覆われた状態で流体２の内部を撮影する。ビデオカメラ１５を表面２Ａの上方に設置した場合には、表面２Ａで光が散乱したり屈折したりするので、ビデオカメラ１５は流体２の内部における複数のトレーサ粒子の挙動を撮影することができない。
【００３２】
ビデオカメラ１５が複数のトレーサ粒子の挙動を撮影するためには、ビデオカメラ１５のレンズを防水カバー１６の周りの水面よりも深く沈めることが必要になる。このためビデオカメラ１５は防水カバー１６に覆われる。なお、ビデオカメラ１５が流体２の内部を撮影できるよう、防水カバー１６において、少なくとも流体２とビデオカメラ１５との間に位置する一部（防水カバー１６の底の部分の一部）は透明である。
【００３３】
また、防水カバー１６は光学装置１３よりも流体２の上流側に配置される。光学装置１３よりも流体２の下流側では光学装置１３によって流体２の流れが変化する可能性があるが、光学装置１３よりも流体２の上流側ではこのような問題が生じない。防水カバー１６およびビデオカメラ１５を光学装置１３よりも流体２の上流側に配置することで、ビデオカメラ１５は流体２の流れ場に関する正確な情報を反映した画像を撮影できる。よって流速に関する正確な情報を得ることができる。
【００３４】
制御部１８は、たとえばパーソナルコンピュータであり、ビデオカメラ１５とレーザ装置１１とを制御する。制御部１８はビデオカメラ１５から送られた画像データＤに基づいてトレーサ粒子の移動距離や移動時間などを算出し、照明領域２０の面内における流速を求める。なお制御部１８は本発明における「速度算出部」に対応する。
【００３５】
また、制御部１８はビデオカメラ１５による粒子画像の撮影のタイミングとレーザ光の照射タイミングとを同期させるためにレーザ装置１１を制御する。
【００３６】
図２は、図１の光学装置１３の外形を示すための図である。
図２を参照して、光学装置１３は流体２の内部に配置され、支持棒１４によりその位置が固定される。光学装置１３の外形は円柱状である。すなわち、レーザ光ＬＡの入射側（光ファイバ１２に結合される側）からレーザ光ＬＡの出射側に向かう向きと垂直な光学装置１３の断面は円状の輪郭を有する。なお、光学装置１３から出た光はシート状に広がるが、便宜上、図２では光学装置１３から出た光を１本の矢印により示す。
【００３７】
光ファイバ１２の直径は非常に小さい（たとえば約１００μｍ）ため、光ファイバ１２はいわば線とみなすことができる。このため光ファイバ１２を流体２の内部に入れても流体２の流れ場への影響を小さくすることができる。
【００３８】
一方、光学装置１３から出るレーザ光ＬＡの進行方向が流体２の流れる方向（Ｘ方向）と平行になるように光学装置１３の向きが設定される。本実施の形態ではＸ方向に沿って光学装置１３を見たときの光学装置１３の形状は円形に見える。仮にＸ方向に沿って光学装置１３を見たときに光学装置１３の形状が多角形（たとえば四角形）に見える場合には、光学装置１３を流体２の内部に設置することで流体２の流れ場が乱れることが考えられる。上述のように本実施の形態によればＸ方向に沿って光学装置１３を見たときの光学装置１３の形状は円形であるので、光学装置１３を流体２の内部に配置したときに流体２の流れ場への影響を小さくすることができる。
【００３９】
なお、流体２の流れ場への影響を考慮すれば、光学装置１３（円柱）の直径はできるだけ小さいほうが好ましい。
【００４０】
図３は、図１のＺ方向から見たときの光学装置１３の内部構成を示す図である。
図４は、図１のＹ方向から見たときの光学装置１３の内部構成を示す図である。
【００４１】
図３および図４を参照して、光学装置１３の内部にはシリンドリカルレンズ１３Ａ〜１３Ｃが収められる。
【００４２】
シリンドリカルレンズ１３Ａは、光ファイバ１２から出たレーザ光ＬＡを広げる役割を果たす。
【００４３】
シリンドリカルレンズ１３Ｂは、シリンドリカルレンズ１３Ａで広げたレーザ光ＬＡを平行に、かつ真直ぐにする。シリンドリカルレンズ１３Ｃは、シリンドリカルレンズ１３Ｂで平行にかつ真直ぐにしたレーザ光ＬＡの厚さを調整する役割を果たす。このように３枚のレンズが一組となって、レーザ光ＬＡをシート状にする。
【００４４】
なお図３および図４に示す光学装置１３の構成はあくまでも一例である。たとえばミラー等のレンズ以外の光学部品を用いて光学装置１３を構成してもよい。
【００４５】
図５は、図１のビデオカメラ１５が流体２の内部を撮影する状態を示す図である。
図５を参照して、ビデオカメラ１５が流体２の内部を撮影する際には、ビデオカメラ１５が有するレンズ１５Ａが流体２の内部に位置するように、防水カバー１６の底部１６Ａが流体２に浸漬される。これにより表面２Ａの揺らぎによる散乱光がビデオカメラに入るのを防ぎながら流体２の内部を撮影できる。
【００４６】
防水カバー１６の底部１６Ａの外表面は球面状に形成される。これにより底部１６Ａを流体２に接したときに流体２の流れ場に乱れが生じるのを防ぐことができる。よって制御部１８が流速を算出する際により正確な流速を算出できる。また、防水カバー１６を多少傾けた際に、流体２に球面状に形成された底部１６Ａが接することにより流体２の流れ場が乱れるのを防ぐことができる。よって本実施の形態によれば流体２の流れ場に乱れを生じさせることなく、防水カバー１６を傾けて流体２の内部の様々な断面を撮像することが可能になる。
【００４７】
図６は、図１のレーザ装置１１の動作とビデオカメラ１５の動作とを模式的に説明する図である。
【００４８】
図６および図１を参照して、時刻ｔ０と時刻ｔ１との２つの時刻において、レーザ装置１１からパルス光Ｐ１，Ｐ２がそれぞれ照射される。時刻ｔ０と時刻ｔ１との間はたとえば数ナノ秒である。なおパルス光Ｐ１，Ｐ２は図２〜４に示すレーザ光ＬＡに対応する。
【００４９】
パルス光Ｐ１，Ｐ２の照射によるトレーサ粒子の散乱光は、それぞれトレーサ粒子の時刻ｔ０，ｔ１における画像としてビデオカメラ１５に記録される。図６に示すカメラフレームにおいて、フレームＦ１では時刻ｔ０でのトレーサ粒子の画像が記録され、フレームＦ２では時刻ｔ１でのトレーサ粒子の画像が記録される。制御部１８はフレームＦ１とフレームＦ２との切換わりの前後にパルス光Ｐ１，Ｐ２の照射を行なうようにレーザ装置１１を制御する。
【００５０】
同様に、時刻ｔ２と時刻ｔ３とにおいてレーザ装置１１からパルス光Ｐ１，Ｐ２がそれぞれ照射される。時刻ｔ２，ｔ３の各時刻に発せられるパルス光の照射によるトレーサ粒子の散乱光は、フレームＦ３の画像およびフレームＦ４の画像としてそれぞれ記録される。
【００５１】
制御部１８は、たとえば連続する２時刻（時刻ｔ０，ｔ１）の画像上のトレーサ粒子像からその画像上でのトレーサ粒子の移動量を求める。トレーサ粒子の移動量をΔＸとし、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間隔をΔｔとすると流体の速度ｕはｕ＝ΔＸ／Δｔの関係によって求められる。
【００５２】
図７は、本実施の形態の流体可視化計測装置を用いた流体の速度の計測手順を示すフローチャートである。
【００５３】
図７および図１を参照して、処理が開始されるとまずステップＳ１では、流速の測定場所を照射するため、流体２の内部に光学装置１３が設置される。
【００５４】
次にステップＳ１Ａでは測定者が光学装置１３の位置や傾きを調整して、光学装置１３から出るレーザ光の進行方向を調整する。
【００５５】
続いてステップＳ１Ｂでは、流体２内におけるレーザシートの位置（照明領域２０の位置）の確認が行なわれる。ステップＳ１Ｂでは、レーザ装置１１がレーザ光を発することで流体２内のある領域（断面）が照明され、ビデオカメラ１５によってその領域の撮像が行なわれる。制御部１８はビデオカメラ１５から画像を取得して予備的な測定データを生成する。測定者はこのデータに基づいて測定に最適な領域が照射されているか否かを判断する。
【００５６】
最適な領域が照射されている場合にはステップＳ１Ｂの処理が終了するが、照明領域を変更する必要があると測定者が判断する場合にはステップＳ１Ｂの処理が再度行なわれる。
【００５７】
続いてステップＳ２では、レーザ光を散乱するためのトレーサ粒子が流体２に散布される。
【００５８】
ステップＳ３において、レーザ装置１１はたとえば数ナノ秒の間隔でパルス状のレーザ光を流体２に向けて発する。レーザ光は光ファイバ１２および光学装置１３を通り、シート状に広がる。シート状のレーザ光（レーザシート）を流体２の内部に照射することで計測断面（照明領域２０）がシート状に照明される。
【００５９】
ステップＳ４では、ビデオカメラ１５はトレーサ粒子により散乱された光を捉え、この散乱光による画像を撮像する。また、図６に示すように、ビデオカメラ１５は２つの時刻におけるトレーサ粒子の画像を異なるフレームの画像として記録する。ビデオカメラ１５は生成した画像データを出力する。
【００６０】
ステップＳ５において、制御部１８はビデオカメラ１５から送られた画像データを保存する。ステップＳ６において、制御部１８は所定の方法に基づいて画像解析処理を行ない、トレーサ粒子の移動量を算出する。
【００６１】
ステップＳ６における画像解析処理に用いられる方法として、様々な方法が適用可能である。画像解析処理方法の一例を示すと、画像を検査領域と呼ばれる小領域に分割し、その分割された領域内の輝度値パターンを追跡する画像相関法、また、個々の粒子を追跡する粒子追跡法などがある。
【００６２】
ステップＳ７において、制御部１８はステップＳ６における画像解析処理の結果に基づき、トレーサ粒子の移動量と移動時間とから流体２の速度を算出する。ステップＳ７において流体２の速度が算出されると計測が終了する。
【００６３】
なお、図１において光学装置１３を動かないように固定するための支持棒は一本のみ示されている（支持棒１４）。ただし、流体２の上流側から見て光学装置１３は前後方向および左右方向に揺らぐことが考えられる。このような問題を防ぐため、光学装置１３に複数本の支持棒を取り付け、これら複数本の支持棒が動かないように固定することが好ましい。
【００６４】
図８は、複数本の支持棒を取り付けた光学装置の例を説明する図である。
図８を参照して、光学装置１３には４本の支持棒（支持棒１４Ａ〜１４Ｄ）が取り付けられている。なお図８に示すＸ方向およびＹ方向は図１に示すＸ方向およびＹ方向とそれぞれ同じ方向である。これら支持棒１４Ａ〜１４Ｄは流体２の上流側から見た前後方向（Ｘ方向）および左右方向（Ｙ方向）に光学装置１３の揺らぎが生じないように配置される。
【００６５】
図９は、図８のＹ方向に沿って見た場合の光学装置１３を示す図である。
図９を参照して、支持棒１４Ａ，１４Ｂは左右対称に配置される。なお、図８のＹ方向に沿って見た場合には支持棒１４Ｃ，１４Ｄは支持棒１４Ａ，１４Ｂとそれぞれ重なる。このため図９には支持棒１４Ｃ，１４Ｄは示されていない。
【００６６】
図１０は、図８のＸ方向に沿った光学装置１３の断面模式図である。
図１０を参照して、支持棒１４Ａ，１４Ｃは左右対称に配置される。なお、図８のＸ方向に沿って見た場合には支持棒１４Ｂ，１４Ｄは支持棒１４Ａ，１４Ｃとそれぞれ重なる。このため図９には支持棒１４Ｂ，１４Ｄは示されていない。
【００６７】
図８〜図１０に示すように支持棒１４Ａ〜１４Ｄを光学装置１３に取り付けることで流体２が流れたときに光学装置１３の揺らぎをより確実に抑えることが可能になる。
【００６８】
以上のように本実施の形態によれば、光源からの光を自由な経路で流体の内部に導く光ファイバと、光ファイバから出た光をシート状に広げる光学装置とを備えることによって、流体の表面が平滑であるか否かに拘らず、流体の内部に光を導入できるとともに流体の任意の断面をシート状に照明できる。
【００６９】
さらに、本実施の形態によれば、ビデオカメラを覆う防水カバーを備える。防水カバーの底面は球面状に形成され、かつ、底面は透明である。防水カバーの底が流体の内部に位置するよう防水カバーを沈めることで、流体の流れ場を乱すことなく流体の内部をビデオカメラで撮影することが可能になる。
【００７０】
このように本実施の形態によれば、河川水理模型のように光を通さない材料の表面を流体が流れている場合であっても流体の様々な断面における流速の情報を得ることができる。よって、本実施の形態によれば、数値解析手法と組み合わせて、実験結果と解析結果との間で検証や相互補完を行なうことで数値解析モデルの高精度化を図ることができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、流体は水である。しかしながら本発明の流体可視化計測装置および流体可視化計測方法は、水以外にも流れのある物体（たとえば油、空気等を含む）の流れ場を可視化する目的のために用いることが可能である。
【００７２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本実施の形態の流体可視化計測装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の光学装置１３の外形を示すための図である。
【図３】図１のＺ方向から見たときの光学装置１３の内部構成を示す図である。
【図４】図１のＹ方向から見たときの光学装置１３の内部構成を示す図である。
【図５】図１のビデオカメラ１５が流体２の内部を撮影する状態を示す図である。
【図６】図１のレーザ装置１１の動作とビデオカメラ１５の動作とを模式的に説明する図である。
【図７】本実施の形態の流体可視化計測装置を用いた流体の速度の計測手順を示すフローチャートである。
【図８】複数本の支持棒を取り付けた光学装置の例を説明する図である。
【図９】図８のＹ方向に沿って見た場合の光学装置１３を示す図である。
【図１０】図８のＸ方向に沿って見た場合の光学装置１３の断面模式図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  河川水理模型、１Ａ，１Ｂ  側面、１Ｃ  底面、２  流体、２Ａ  表面、１１  レーザ装置、１２  光ファイバ、１３  光学装置、１３Ａ〜１３Ｃ  シリンドリカルレンズ、１４，１４Ａ〜１４Ｄ  支持棒、１５  ビデオカメラ、１５Ａ  レンズ、１６  防水カバー、１６Ａ  底部、１８  制御部、２０  照明領域、１００  流体可視化計測装置、Ｄ  画像データ、Ｆ１〜Ｆ４  フレーム、ＬＡ  レーザ光、Ｐ１，Ｐ２  パルス光、Ｓ１〜Ｓ７，Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ  ステップ。
【図１】
2008014860.tif 000003
【図２】
2008014860.tif 000004
【図３】
2008014860.tif 000005
【図４】
2008014860.tif 000006
【図５】
2008014860.tif 000007
【図６】
2008014860.tif 000008
【図７】
2008014860.tif 000009
【図８】
2008014860.tif 000010
【図９】
2008014860.tif 000011
【図１０】
2008014860.tif 000012