視覚的な計測技術 PIVを用いた安全で実践的な理工学教材の開発に関する研究

研究目的視覚的な計測技術のひとつである粒子画像流速計測(PIV : Partide Image Velocimetry)法を用いた実験装置を通して若者(高専生・大学生)に早期に理工学技術への興味と関心を深めさせ、安全に理論と実験との一致を実感・体感・理解できる魅力ある装置・システムを開発することである。研究内容水路内の流動場にトレーサ粒子(有効径250μm以上)を混濁させ、時系列で非圧縮CCDカメラにて撮影した可視化画像からフレーム間時間Δtにおける粒子の変位ベクトルΔxを求め、速度ベクトルΔx/Δtを定量測定する。光源はパルス駆動でオーバードライブさせた赤色及び青色LEDをシリンドリカルレンズに通してシート化し、粒子の輝度から強度分布を求め位置を検出、トレースを行う。計測対象に対しては、CCDカメラのフレーム間隔⊿T=1/f (f : カメラのフレームレート)が長すぎる場合にカメラに同期して光源を非対称に点灯する方式(フレームスドラドリング)を用いたことで、CCDカメラとの同期が容易となりタイミングコントロールは良好であった。以上を本校専攻科学生にも協力いただき、理工学教材としての幅広い方向性を見出せた。今後の課題コストダウンと、より柔軟性に富んだ簡易流体実験への導入にあたり、小型風洞の開発もあわせ実験システムのコンパクト化を図り可搬性を高める必要がある。また光源の色による散乱光の依存性についても再検討が必要である。これら成果と課題を基に次のステップとして研究を継続していきたい。

研究目的視覚的な計測技術のひとつである粒子画像流速計測(PIV : Partide Image Velocimetry)法を用いた実験装置を通して若者(高専生・大学生)に早期に理工学技術への興味と関心を深めさせ、安全に理論と実験との一致を実感・体感・理解できる魅力ある装置・システムを開発することである。研究内容水路内の流動場にトレーサ粒子(有効径250μm以上)を混濁させ、時系列で非圧縮CCDカメラにて撮影した可視化画像からフレーム間時間Δtにおける粒子の変位ベクトルΔxを求め、速度ベクトルΔx/Δtを定量測定する。光源はパルス駆動でオーバードライブさせた赤色及び青色LEDをシリンドリカルレンズに通してシート化し、粒子の輝度から強度分布を求め位置を検出、トレースを行う。計測対象に対しては、CCDカメラのフレーム間隔⊿T=1/f (f : カメラのフレームレート)が長すぎる場合にカメラに同期して光源を非対称に点灯する方式(フレームスドラドリング)を用いたことで、CCDカメラとの同期が容易となりタイミングコントロールは良好であった。以上を本校専攻科学生にも協力いただき、理工学教材としての幅広い方向性を見出せた。今後の課題コストダウンと、より柔軟性に富んだ簡易流体実験への導入にあたり、小型風洞の開発もあわせ実験システムのコンパクト化を図り可搬性を高める必要がある。また光源の色による散乱光の依存性についても再検討が必要である。これら成果と課題を基に次のステップとして研究を継続していきたい。