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ハイスピードカメラとシュリーレン法による圧力波の可視化

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ハイスピードカメラとシュリーレン法による圧力波の可視化

圧力波の可視化映像


レーザ誘起キャビテーションにより発生した圧力波を撮影しました。

Phantom TMX 7510を用いて、1,650m/sの超高速圧力波を30万fpsで撮影しました。

640x384ピクセルの高解像度で、波面の状況が鮮明に捉えられています。

また、短パルスレーザ光源CAVILUXでパルス幅10nsで同期照射し、波面をブレのない可視化を実現しました。

使用機材

ハイスピードカメラ:Phantom TMX 7510

照明:CAVILUX Smart UHS 50W

撮影条件

  • 画素数:640×384ピクセル
  • 撮影速度:30万fps
  • パルス幅:10ns
  • レーザー出力:50W
  • 波長:640nm

キャビテーションとは?

液中へ高出力もしくは高密度のレーザや超音波等を照射することで、液体が急激に沸騰して気泡ができる現象です。

実験方法

チャンバ内の水にレーザを照射することで、沸騰気泡(キャビテーション)が発生します。

このキャビテーションが壊れる過程で、衝撃波が発生します。

圧力波を可視化撮影する方法

圧力波の可視化には、通常「シュリーレン法」を用います。

シュリーレン法は、透明な媒質中で密度や温度の違いによって屈折率が異なる場合、その部分がもや状になって見えることで可視化する方法です。

大学や研究機関では、大掛かりな光学系を組むことがありますが、一般的に設置は容易ではありません。

今回の撮影で用いたシステムシュリーレンは、あらかじめめボックス内に組まれたシュリーレン光学系を、現場で微調整することで素早く使用することが可能です。

通常では可視化しにくい衝撃波やガスの流れ等の可視化に、ぜひお試しください。

また、圧力波を可視化するには、3つのポイントを抑える必要があります。

  • 最適なカメラ
  • 最適な光学系
  • 最適な照明

最適なカメラ

高速と高解像度を両立したハイスピードカメラが必要となり、とくにPhantom TMX 7510が最適です。

1,650m/sの現象を捉えるため、30万fpsのフレームレートが必要で、TMX 7510は、30万fpsを640×384ピクセルの高解像度で撮影可能です。

最適な光学系

設置が容易で可搬性に優れることから、システムシュリーレンが最適です。
光学系というと調整に長い時間を要したり、ホコリやちりなどをケアする必要がありますが、システムシュリーレンでは1つのボックスに収まっているので安心です。

最適な照明

シュリーレンで計測する際には、点光源が必要です。

そこで、Caviux Smart UHS 50Wモデルがシュリーレンの点光源に最適です。

カメラの露光時間が長かったり、照明のパルス幅が長かったりすると画像がぶれてしまい、現象が鮮明に見えません。

ハイスピードカメラの多くは数十nsが最短露光時間なので、それよりも短く露光するには、短パルスの照明が必要です。

Caviux Smart UHS 50Wは最短パルス幅10nsで、ハイスピードカメラのシャッタ速度でも捉えられない現象を鮮明に可視化します。

キャビテーションや圧力波の可視化に困ったら

ノビテックでは、キャビテーションや圧力波の可視化に最適な装置の提案から、計測請負まで行っています。

各種デモやオンラインでのご相談も承っておりますので、こちらよりお気軽にご相談ください。

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