(57)【要約】  本発明は、特に粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を行う、三次元の流れ測定装置に関する発明であり、前記装置は被験流体の測定体積（２０）を移動するトレーサー粒子（１８）を照射する、少なくとも１つの照射装置（１２）と、移動するトレーサー粒子（１８）を繰り返し再生するための、少なくとも１つのカメラ（２４）を有し、カメラ（２４）は、その前面またはそれ自体にリング状の絞り（１６）を配された、少なくとも１つの対物体（１４）を有する。本発明はまた、特に粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を行う、三次元の流れ測定方法に関する。前記方法は、特に、トレーサー粒子（１８）の、時間的に連続的な少なくとも２つの画像の記録及び再生を含み、画像は少なくとも１つのカメラ（２４）で記録され、カメラ（２４）は少なくとも１つの対物体（１４）を有し、トレーサー粒子（１８）はリングまたはリング断片として再生される。
2010503832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験流体の測定体積（２０）中を移動するトレーサー粒子（１８）を照射する、少なくとも１つの照射装置（１２）を有し、移動するトレーサー粒子（１８）を再生する、少なくとも１つのカメラ（２４）を有し、カメラ（２４）がリング状絞り（１６）を前面かそれ自体に有する少なくとも１つの対物体（１４）を有する、ことを特徴とする粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を実施する三次元の流れ測定装置。
【請求項２】
対物体（１４）が色収差を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
プリズムまたは対応するフィルターがビームパスのリング状絞り（１６）の前及び／または後ろに配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
プリズムがリング状のプリズムである、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
プリズム機能を有する対物体（１４）が使用される、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
カメラ（２４）が、少なくとも１つのＣＣＤチップ（４２）を有するＣＣＤカメラであるか、ＣＭＯＳカメラである、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
照射装置（１２）が対物体（１４）の光軸領域に配置される、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
照射装置（１２）が対物体（１４）の中央領域に配置される、ことを特徴とする、請求項７記載の装置。
【請求項９】
照射装置（１２）からの光の光切断片を照射する光切断光学システムが、照射装置（１２）に続いて接続される、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
装置（１０）が第２の照射装置を有し、第２の照射装置からの光の光切断片を照射する光切断光学システムが第２の照射装置に続いて接続される、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
照射装置（１２）が広帯域光または異なるスペクトル領域を有する光を放射する、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
照射装置（１２）が少なくとも１つのレーザー光源を有する、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
カメラ（２４）が可動となるように設計された、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
カメラ（２４）がダブルイメージカラーカメラである、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
装置が少なくとも１つの白黒カメラ（２４）を有する、ことを特徴とする請求項３〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
白黒カメラ（２４）がダブルイメージ白黒カメラとして設計された、ことを特徴とする請求項１５に記載に装置。
【請求項１７】
対物体（１４）がズーム対物体である、ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
対物体（１４）のレンズ機能が電子的に調整可能である、ことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
トレーサー粒子（１８）が蛍光性を有するように作られた、ことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
装置（１０）が、カメラ（２４）に記録されたトレーサー粒子（１８）の画像（２６）の評価と、測定体積（２０）中のトレーサー粒子（１８）の時間的に定義された三次元フローカーブの計算と表示と、を行う評価ユニットを有する、ことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
次のステップを含むことを特徴とする粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を実施する三次元の流れ測定方法；
ａ）少なくとも１つの照射装置（１２）による測定体積（２０）内のトレーサー粒子（１８）の照射、
ｂ）前面またはそれ自体にリング状の絞り（１６）が配された対物体（１４）を有する、少なくとも１つのカメラ（２４）を使用して実施された、少なくとも２つの時間的に連続なトレーサー粒子（１８）の画像（２６）の記録と、トレーサー粒子（１８）のリングまたはリング断片としての再生、
ｃ）トレーサー粒子（１８）の速度ベクトルを決定するための、予め定められた時間内の個々のトレーサー粒子（１８）の置換に関する記録された画像（２６）の比較、及び、カメラ（２４）の焦点面から対応するトレーサー粒子（１８）までの距離を決定し、カメラ（２４）の焦点面に対する対応するトレーサー粒子（１８）の位置関係を決定するための、個々の環状に再生されたトレーサー粒子（１８）の直径の測定、
ｄ）ステップｃ）の方法で得られたデータと情報の評価による、測定体積（２０）中のトレーサー粒子（１８）の三次元速度ベクトルの計算。
【請求項２２】
対物体（１４）が色収差を有して使用されることにより、個々に環状に再生されるトレーサー粒子（１８）の色が決定づけられる、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
プリズム、特にリング状プリズムがビームパス中に用いられる、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
トレーサー粒子（１８）の照射が少なくとも２つの連続する光パルスか、１つの時間的に延長された光パルスを伴って行われる、ことを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
２つの連続する光パルスの間のタイムスパンが、それぞれ、流体の状態、特に流速に適応するように調整可能である、ことを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
カメラ（２４）が少なくとも１つのＣＣＤチップ（４２）を有するＣＣＤカメラ、または、ＣＭＯＳカメラである、ことを特徴とする請求項２１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
ステップｂ）において、トレーサー粒子（１８）の、少なくとも２つの時間的に連続する画像（２６）の記録と再生が、デジタル形式で実施される、ことを特徴とする請求項２１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
ステップｃ）において、画像（２６）の評価が、イメージ処理プログラムを使用して実施される、ことを特徴とする請求項２１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
トレーサー粒子（１８）の三次元の流れベクトルの計算が、対応する評価ソフトウェアを使用して実施される、ことを特徴とする請求項２１〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
照射装置（１２）が広帯域光または異なるスペクトル領域を有する光を放射する、ことを特徴とする請求項２１〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
照射装置（１２）が少なくとも１つのレーザー光源を有する、ことを特徴とする請求項２１〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
照射装置（１２）からの光の光切断片を照射するための、光切断光学システムが照射装置（１２）に続いて接続される、ことを特徴とする請求項２１〜３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
第２の照射装置からの光の光切断片を照射するための、光切断光学システムが第２の照射装置に続いて接続される、ことを特徴とする請求項２１〜３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
カメラ（２４）が可動となるように設計された、ことを特徴とする請求項２１〜３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
対物体（１４）がズーム対物体である、ことを特徴とする請求項２１〜３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
対物体（１４）のレンズ機能が電気的に調整可能である、ことを特徴とする請求項２１〜３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
トレーサー粒子（１８）が蛍光性を有するように作られた、ことを特徴とする請求項２１〜３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
方法が、トレーサー粒子（１８）なしの測定体積（２０）の少なくとも１つの画像の記録、及び、その画像または画像データと、トレーサー粒子（１８）ありの画像または画像データとの比較、を含む、ことを特徴とする請求項２１〜３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
航空機のエンジン、またはエンジンの部品、特にコンプレッサー及びタービンの流体の状態の測定への、請求項１〜３８に記載の装置または方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に粒子画像流速（ＰＩＶ）測定に係る三次元流体測定機に関する発明であり、１つの被験流体の測定体積中を移動するトレーサー粒子に照射する少なくとも１つの照射装置と、移動するトレーサー粒子の繰り返し再生のための少なくとも１つのカメラを有する三次元流体測定装置に関する。加えて、本発明は、特に粒子画像の粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を実施するための、三次元流体測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子画像流速（ＰＩＶ）は、光学的に速度を測定する方法であり、照射された測定領域中の速度測定場の２つのコンポーネントを得ることができる。ＰＩＶの原理は、液状、またはガス状の流体に加えられる（または、既に加えられた）、微小なトレーサー粒子の観察による。２つの光パルスによりトレーサー粒子が露出され、散在した光は、アナログ方式で写真フィルムに、またはデジタル方式で電化結合素子（ＣＣＤ）カメラに記録される。続いて、アナログ、またはデジタル画像は、速度情報を得るため、さらに画像処理プログラムにより、処理される。ＰＩＶを使用して、流れ場を別の角度から観察することにより、空間の速度情報を記録することが可能である。ここで、適切な断面における粒子の移動を観察するために、特別な鏡構造、または２つのカメラが使用される。この形態の例は、ＤＥ１０３１２６９６Ｂ３とＤＥ１９９２８６９８Ａ１に記載されている。ＷＯ０３／０１７０００Ａ１も三次元ＰＩＶ測定を行う装置について開示している。そこでは、装置は少なくとも２つのカメラを有し、対物体の前には３つの穴を有する絞り板が配される。このように、各トレーサー粒子を観察、再生することで、そのトレーサー粒子のカメラの焦点面からの距離に関する３点の距離と状況が分かる。
【０００３】
しかしながら、これらの既知の装置は、三次元の流れ測定を行うために、大型の装置、相当な光学的接近可能性を要する、という問題があった。
【０００４】
三次元の流れ測定装置としては、プローブを利用した装置も知られる。しかしながら、このような装置は、プローブを流体の中に延在させなくてはならず、プローブによって流体が妨害される、という問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、比較的小型の装置であり、非接触で流れを妨害せずに、前述のような粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を行う三次元の流れ測定装置を提供することである。
【０００６】
さらに、本発明の目的は、比較的小型の装置を使用し、非接触で流れを妨害せずに、粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を行う三次元の流れ測定方法を提供することである。
【０００７】
これらの目的は、請求項１に記載される装置と、請求項１６に記載の特徴による方法によって達成される。
【０００８】
本発明の有利な形態は、それぞれの従属請求項に記載される。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明における三次元の流れ測定装置は、粒子画像流速（ＰＩＶ）測定において、流体の測定体積内を移動するトレーサー粒子を照射する少なくとも１つの照射装置と、移動するトレーサー粒子を繰り返し再生するための少なくとも１つのカメラを有する。本発明によれば、少なくともひとつのリング状の絞り（Ringblende）を有する対物体（Objektiv）がカメラの前面に配置されるか、カメラ自体に配置される。ＰＩＶに基づいて、空間的な移動コンポーネントは、少なくとも１つの対物体を通して撮影され、前記対物体には、レンズの外側のリングギャップだけが使用される。トレーサー粒子は、リングまたはリング断片として再生され、リングの直径は、トレーサー粒子のカメラの焦点面からの距離を示す機能を有する。速度ベクトルを決定するために予め定めた時間中のトレーサー粒子の置換によって、三次元空間に分配された流体の情報を、非接触の形式で（つまり、流体の妨害なしで）、かつ小型の装置で得ることが可能である。したがって、好ましくは、データ測定のために、１台のカメラと１台の照射装置のみが必要とされる。加えて、被験コンポーネントのハウジングには、二次元的な三次元流体のカーブを決定するためのシンプルな窓が設けられる。基本的に、照射装置を、照射装置からの光の光切断片を照射する、光切断（Lichtschnitt）光学システムに連続的に接続する必要はない。最終的に、非常に迅速な測定が可能であるため、測定をより頻回に実施することができ、同時に、既知の方法を使用するよりも、高い解像度を達成することができる。しかしながら、本発明に係る装置のさらなる構成は、光切断光学システムを有することができることである。第２の照射装置からの光の光切断片を照射する光切断光学システムを、第２の照射装置に連続的に接続することもできる。光切断光学システムは、特に焦点面付近のトレーサー粒子が、ピントの合わない前面または後面から十分離れていないとき、有利に使用することができる。
【００１０】
より好適な形態として、前記対物体は色収差を有するのが好ましい。リングまたはリング断片の色が、トレーサー粒子がカメラの焦点面の前面にあるか後面にあるかを明らかにし、測定を簡便化することができる。トレーサー粒子がカメラの焦点面に近ければ、リングまたはリング断片の半径がゼロに近くなるため、色により、トレーサー粒子が焦点面に向かって移動しているのか、焦点面から離れて移動しているのかを決定するのが容易になる。
【００１１】
別の形態においては、ビームパスにおいて、プリズムを使用することもできる。この形態において、焦点面に位置するトレーサー粒子のリングまたはリング断片の半径は、ゼロより大きくなる。焦点面に向かって移動しているのか、焦点面から離れて移動しているのかの情報は、その半径から単純な方法で直接読み取ることができる。
【００１２】
プリズム（特にリング状プリズム）は、リング状の対物体の前面または後面に配置される。さらに、この目的のために、プリズム機能を有する対物体を使用することもできる。この場合、特に、レンズエラーを生かすことが可能である。
【００１３】
本発明の有利な構成として、カメラは少なくとも１つのＣＣＤチップを有するＣＣＤカメラであるか、ＣＭＯＳカメラであることが好ましい。トレーサー粒子画像のデジタル記録によって、画像処理プログラムを使用した的確で簡便な、さらなる評価が可能となる。加えて、デジタル化されたデータは記憶装置に保存され、後で処理を行うこともできる。
【００１４】
本発明の別の有利な構成として、照射装置は対物体の光軸の領域、特に対物体の中心領域に位置する。この構成は、本発明に係る三次元の流れ測定装置の小型化において、有利な結果をもたらす。
【００１５】
本発明に係る装置の別の有利な構成においては、照射装置は、広帯域光または複数の異なるスペクトル領域の光を照射する。例えば２色（例：赤と青）の光を照射した場合、評価は２色に分離されたリングまたはリング断片について行われる。広帯域光を使用した場合は、色よごれ（Farbverschmierung）で評価が行われる。
【００１６】
本発明の別の有利な構成においては、照射装置は少なくとも１つのレーザー光源を有する。レーザー光源は、例えばＮｄ；ＹＡＧであってもよい。レーザーはパルス光インパルスを放射することができる。追加の照射光源として、閃光電球、ＬＥＤ等を使用することもできる。有利には、これらの照射光源は、パルス光を放射する。さらに、コンポーネントを回転させるために、コンポーネントの回転速度を照射光または光パルスと同調させて、各パルスがコンポーネントの予め決められた測定位置で正確に起こるようにする。
【００１７】
本発明に係る装置のさらに有利な構成においては、カメラの焦点面の移動は、移動可能なカメラと、ズーム部材としての対物体とを有する構造、及び／または、対物体のレンズ機能と焦点距離の電気的な調整機能によって行われる。後者は、リングギャップにおいてのみ必要とされる。
【００１８】
本発明に係る装置のさらに有利な構成においては、カメラはダブルイメージカラーカメラであることが好ましい。プリズムの使用によって、少なくとも１台の白黒カメラを備えることが可能である。この場合、色情報が評価されないが、これで十分であり、相応の装備である。さらに、白黒カメラの解像度はより高い。白黒カメラは、ダブルイメージの白黒カメラとして設計されてもよい。
【００１９】
本発明のさらに有利な構成では、トレーサー粒子は蛍光性を有するように作成されている。それによって、照射波長と比べて高波長で、個々のトレーサー粒子の後方反射が検出される。適当なフィルターを使用することで、このように背景の影響を抑えることができ、正確な評価を行うことができる。また、背景の影響の抑制は、評価対象のコンポーネントを暗くすることによっても可能である。加えて、トレーサー粒子としては、鏡面加工つき、鏡面加工なし、または黒色の中空球体、あるいは蛍光色素を充填したボールを使用することができる。鏡面加工を施した中空球体は暗い背景と組み合わせて使用され、黒色の中空球体は明るい反射性の背景と組み合わせて使用される。最後の典型的な形態において、トレーサー粒子が明るい背景の前で暗いものとして検出されるように、背景の前で直接ネガティブ測定が実施される。ここでは、反射色は照射光源の方向により強く反射され、粒子の正確な検知を可能にする。
【００２０】
本発明に係る装置の他の有利な構成において、装置には、カメラに記録されるトレーサー粒子の評価を行い、測定体積中のトレーサー粒子の三次元フローカーブを時間的に計算し、表示する評価ユニットが含まれる。したがって、例えば、適当なアルゴリズムを使って、記録された画像は、数学的に評価され、時間的に連続的な露出の間のトレーサー粒子の置換を決定づける。  画像中のリングまたはリング断片の検出と評価を行うために、特別なフィルター・アルゴリズムを使用することもできる。非テレセントリック対物体の使用により、粒子のリングまたはリング断片は、カメラの焦点面より外側に位置し、楕円形に変形される。この変形は、コンピューターによる均一化によって、修正することができる。
【００２１】
三次元の流れ測定のための本発明に係る方法は、特に粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を実施するにあたり、下記の方法ステップを含む；
ａ）少なくとも１つの照射装置による測定体積内のトレーサー粒子の照射、
ｂ）前面またはそれ自体にリング状の絞りが配された対物体を有する、少なくとも１つのカメラを使用して実施された、少なくとも２つの時間的に連続なトレーサー粒子の画像の記録と、トレーサー粒子のリングまたはリング断片としての再生、
ｃ）トレーサー粒子の速度ベクトルを決定するための、予め定められた時間内の個々のトレーサー粒子の置換に関する記録された画像の比較、及び、カメラの焦点面から対応するトレーサー粒子までの距離を決定し、カメラの焦点面に対する対応するトレーサー粒子の位置関係を決定するための、個々の環状に再生されたトレーサー粒子の直径の測定、
ｄ）ステップｃ）の方法で得られたデータと情報の評価による、測定体積中のトレーサー粒子の三次元速度ベクトルの計算。
【００２２】
有利に、本発明に係る方法は、空間分布の三次元の流れ情報を、接触することなく、（つまり、流れを妨害することなく）得ることができる。加えて、既知の方法と比較して、非常に小さな装置のみが必要とされる。三次元の速度ベクトルの計算は、ステップｃ）の方法で決定、測定された、記録された画像に含まれる情報を評価することにより実施される。トレーサー粒子がリングまたはリング断片として表示され、リングの位置、及び直径は非常に正確に明白に決定される。これは、リングの１部分のみが可視化された場合においても適用できる。加えて、リングギャップまたはリング絞りは、全体的に、先行技術における３つの穴を有するポイント絞りより、多くの光を透過する。
【００２３】
本発明に係る方法は、ＰＩＶ法に基づいており、ＰＩＶ法においては、リング状絞りを前面またはそれ自体に有する対物体の使用と、対物体の色収差の同時の利用とを通して、空間的な移動のコンポーネントが使用される。再生されるトレーサー粒子は、リングまたはリング断片として現れ、その直径はカメラの焦点面からのトレーサー粒子の距離を示す機能を有する。
【００２４】
好ましい特徴的な形態においては、色収差を有する対物体が使用される。この方法で得られるリングまたはリング断片の色は、関連するトレーサー粒子がカメラの焦点面より前にあるか後ろにあるかを示す情報を提供する。この形態においては、トレーサー粒子が焦点面に向かって移動しているのか、焦点面から離れて移動しているのかを色で判別できるため、速度ベクトルの決定が非常に簡便化される。
【００２５】
選択的に、ビームパス中でプリズムを使用するか、または、対物体の、特にレンズエラー中の、プリズム機能を利用することもできる。このように、カメラの焦点面におけるトレーサー粒子のリングまたはリング断片は、ゼロを超える関係で表示される。半径が大きくなっているか小さくなっているかというサイズ変化によって、移動方向は容易に検知できる。
【００２６】
本発明に係る方法の有利な構成において、トレーサー粒子の照射は、少なくとも２つの連続する光パルス、または単一の時間的に長くなる光パルスを使用して実施される。ここで、照射装置は広帯域光、または異なるスペクトル領域を有する光を放射することができる。２つの異なる色（例えば赤と青）が照射される場合、リングまたはリング断片の色を分離して評価がなされる。広帯域光においては、リングまたはリング断片のスメア状の色の評価がなされる。照射装置は少なくとも１つのレーザー照射装置を有する。例えば、パルスＮｄ：Ｙａｇレーザーが使用されてもよい。付加的な照射光源として、閃光電球、ＬＥＤ等を使用してもよい。これらの照射光源は有利にパルス光を放射する。
【００２７】
本発明に係る方法のさらに有利な構成において、２つの連続的な光パルス間の時間は、その時点で実施されている流体の状態、特に流速に適応するように調整することができる。光パルス・シーケンスの調整は、自動的に行われてもよい。加えて、照射光または光パルスをコンポーネントの回転速度と同調させ、各パルスがコンポーネントの予め定められた測定位置に正確にくるようにすることができる。
【００２８】
本発明に係る方法のさらに有利な構成において、カメラは少なくとも１つのＣＣＤチップを有するＣＣＤカメラか、ＣＭＯＳカメラである。ここで、ステップｂ）の方法によってトレーサー粒子の少なくとも２つの時間的に連続的な画像をデジタル方式で記録、再生することができる。ステップｃ）の方法による画像の評価は、通常は画像処理プログラムを使用して行われる。ここで、画像中のリングまたはリング断片を検出及び評価するための、特別なフィルター・アルゴリズムが使用されてもよい。最後に、トレーサー粒子の三次元速度ベクトルの計算は、適当なデータ処理システム中の対応する評価ソフトウェアを使用して行われる。非テレセントリックな対物体の使用した場合、カメラの焦点面の外側に位置する粒子のリングまたはリング断片は、楕円形に変形される。この変形は、コンピューターによる均一化によって修正することができる。
【００２９】
本発明に係る方法の他の有利な構成においては、照射装置からの光の光切断片を照射する光切断光学システムが、照射装置に続いて接続されている。しかしながら、第２の照射装置からの光の光切断片を照射する光切断光学システムを、第２の照射装置に続けて接続する形態としてもよい。このような光切断光学システムの使用は、カメラの焦点面周辺領域のトレーサー粒子画像が、焦点の合わない前景または後景から十分離れていない場合に実施される。
【００３０】
本発明に係る方法のより有利な構成においては、カメラの焦点面を調整することができる。この構成は、カメラ自体を可動な構成とするか、対物体をズームレンズ及び／または対物レンズとして設計することにより、その焦点距離を電気的に調整可能とすることで実施できる。
【００３１】
本発明に係る発明の他の有利な構成において、トレーサー粒子は蛍光性を有するように作られる。それによって、背景の影響を抑えられ、測定の正確性が著しく改良される。加えて、鏡面加工つき、鏡面加工なし、または黒色の中空球体、または蛍光色素を充填した中空球体が、トレーサー粒子として使用できる。ここで、鏡面加工した中空球体は、暗い背景と組み合わせて使用され、黒色中空球体は明るい、反射性の背景と組み合わせて使用される。最後の典型的な形態において、トレーサー粒子が明るい背景の前で暗いものとして検出されるように、背景の前で直接ネガティブ測定が実施される。ここで、反射色は、照射光源の方向により強く反射され、粒子の正確な検知を可能にする。
【００３２】
本発明に係る方法の他の有利な構成において、トレーサー粒子のない測定体積の少なくとも１つの画像が記録され、この画像または画像データが、トレーサー粒子を有する画像または画像データと比較される。トレーサー粒子を有する画像とトレーサー粒子を有さない画像の記録と比較を通して、差異を形成することにより、背景誤差を抑えることができ、画像と評価データの質を向上させることができる。
【００３３】
本発明に係る装置及び方法は、例えば、航空機エンジンまたはエンジン部品（特にコンプレッサー及びタービン）中の流体の状態の測定に使用される。
【００３４】
本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、図示される、次記の典型的な説明より明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を実施する、三次元の流れ測定装置１０の形態を高度に図式化して示した図である。
【００３６】
装置１０は、被験用流体の測定体積２０中を移動するトレーサー粒子１８を照射する照射装置１２を有する。加えて、装置１０は、移動するトレーサー粒子１８を繰り返し再生するカメラ２４を有する。カメラ２４はリング状絞り（Ringblende）１６を有する対物体（Objektiv）１４を有する。ここで、照射装置１２は、対物体１４の中央領域に位置する。図示された典型的な実施例においては、照射装置１２は２色の閃光電球である。    
【００３７】
図は、粒子画像流速（ＰＩＶ）測定を実施する、三次元の流れ測定装置１０の形態を高度に図式化して示した図である。装置１０は、被験用流体の測定体積２０中を移動するトレーサー粒子１８を照射する照射装置１２を有する。加えて、装置１０は、移動するトレーサー粒子１８を繰り返し再生するカメラ２４を有する。カメラ２４はリング状絞り（Ringblende）１６を有する対物体（Objektiv）１４を有する。ここで、照射装置１２は、対物体１４の中央領域に位置する。図示された典型的な実施例においては、照射装置１２は２色の閃光電球である。
【００３８】
照射装置１２の作動に際して、測定体積２０またはトレーサー粒子１８は、光線２２の円錐エリア内で照射される。トレーサー粒子１８による背景への光の散乱が、リング状絞り１６を有する対物体１４を介して、ＣＣＤカメラとして設計されたカメラ２４のＣＣＤチップ３８上に記録及び再生される。２つの異なる位置（ポジション１，ポジション２）における再生粒子の対応する再生は、図中の画像２６中に示される。トレーサー粒子１８は２つの異なる位置にリング状に示される。画像２６は、体積２０の測定において、時間的に異なる測定位置のトレーサー粒子の記録を示す。カメラ２４の２つの画像露出の間の、予め定められた時間内に、トレーサー粒子１８は矢印２８に沿って、ポジション１からポジション２に移動する。矢印２８はトレーサー粒子１８の動きの方向を示す。この置換は画像２６において明確に観察される。再生されるトレーサー粒子１８の半径によって（図中ではポジション１よりポジション２において大きく見える）、カメラ２４の焦点面からのトレーサー粒子の相対的位置を明確に決定づけることができる。図示された典型的な形態において、ポジション２のトレーサー粒子は、ポジション１よりもカメラ２４の焦点面に近い。
【００３９】
画像２６中のリングまたはリング断片の位置と半径を測定した後に、異なる測定位置におけるトレーサー粒子１８の露出の修正が行われる。最後に、リングの色評価によって、トレーサー粒子１８がカメラ２４の前面にあるか後面にあるかの情報を得ることができる。最後の情報を得るために、装置１０は対物体１４のレンズの色収差を使用する。ここで、トレーサー粒子の照射は２色で行われ、色分離されたリングの対応する評価が行われるか、広帯域照射を通して、対応する色よごれ（Farbverschmierung）の評価が行われる。
【００４０】
カメラ２４で記録された、トレーサー粒子１８の画像２６を評価し、測定体積中のすべてのトレーサー粒子１８の時間的に定義された三次元フローカーブを計算・表示するために、装置１０は、評価ユニット（図示せず）を付加的に有する。評価は、画像２６に含まれる情報、特にリングの位置、それらの半径、及びそれらの色分布に基づく。
【００４１】
選択的に、プリズム（図示せず）を使用することもでき、サイズ変化より、トレーサー粒子１８の焦点面への移動、または焦点面からの移動の情報を直接得ることもできる。この場合、１つの白黒カメラだけが必須であり、通常の色カメラを省略することができる。
【００４２】
加えて、図は、ポジション１とポジション２のトレーサー粒子１８によって反射された光のビームパス３０，３２，３２，３４を示す。
【００４３】
図示された典型的な形態において、トレーサー粒子１８の少なくとも２つの連続的な画像２６の記録及び再生はデジタル化される。画像２６の評価は、画像処理プログラムを使用して行われ、トレーサー粒子１８の三次元速度ベクトルの計算は、評価ユニットの対応する評価ソフトウェアを使用して行われる。評価ユニットは、通常は、コンピューターか、データ処理システムである。
【符号の説明】
【００４４】
２６…２か所の測定位置の粒子の画像。
【図１】
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【国際調査報告】
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