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シュリーレン法とは

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シュリーレン法とは?

シュリーレン法-可視化事例


透明体の中に屈折率のわずかに異なる部分があるとき、光線の進行方向の変化を利用してその部分が明確に見えるようにする光学的手法です。
媒質中を伝播する超音波や衝撃波の進行状況や、炎による気流の上昇、光学レンズの欠陥などを観察することができます。

密度構造を評価するには最適な可視化手法ですが、流れを定量的に評価・計測するというところではトレーサーを用いるPIV計測が適しています。
対してトレーサー粒子の追随性が確保できない高速現象の可視化評価では、シュリーレンは極めて有効になります。

シュリーレン法の原理

シュリーレン法-原理図


透明な気体、液体及び固体中の不均質状態が密度勾配として、通過光が曲げられます。
このわずかな屈折率の変化を、平行度の高い光により大きな明暗の差に変えて観測する手法です。

流体の可視化手法としてはマーカーとなる粒子などを散布せずに可視化できますので、計測対象への影響が極めて抑えられた計測が可能です。

シュリーレン法を行うための装置 概略図

シュリーレン法とは-凹面鏡
シュリーレン法-凹面鏡2面対向方式
シュリーレン法とは-レンズ式
シュリーレン法-レンズ式

点光源の光を光学系により平行光束とし、観測空間を通過させた後に再び光束を集束させます。
その焦点を結ぶ箇所をナイフエッジで遮ります。

観測空間に屈折率のムラがあると光が歪み焦点がずれますので、ナイフエッジで遮られたムラは影として画像に表示されます。
これにより被測定物の密度分布が明暗のコントラストとして観測できます。


ナイフエッジを用いない場合は光学配置が簡易なシャドウグラフの撮影となりますが、可視化の感度ではシュリーレンが圧倒的に優れています。

シュリーレン法の可視化事例

【脱CO2社会~次世代エネルギー】水素を見える化する ~「シュリーレン法」
次世代のエネルギーとして注目される「水素」をシュリーレン法の技術を使って見える化しました
ノズルから放出される水素の"密度差"をシュリーレン法で画像としてとらえます
撮影にハイスピードカメラを使用した「水素のスーパースロー映像」です。
【キャビテーション】秒速1650m 圧力波の可視化実験【シュリーレン法】 撮影協力:JAXA 坂本 勇樹 先生
キャビテーション気泡が崩壊する時に発生する圧力波を可視化しました。
可視化には「シュリーレン法」を用いて
圧力波(衝撃波)が伝播する様子を鮮明にとらえています。
ShieldViewレーザー溶接シールドガス可視化解析
レーザー溶接中でサイドノズルからのアシストガス、
ヒュームの様子を可視化しています。
テッポウエビによって生成されるキャビテーション気泡
テッポウエビによって生成されるキャビテーション気泡および
超音波パルス伝搬の可視化。

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