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粒子圖像測速（PIV--Particle image velocity）系統(tǒng)

PIV的原理

PIV是通過激光片光源測量所設(shè)定的平面內(nèi)速度分布的成像技術(shù)，它被廣泛用于各種流體動(dòng)力學(xué)研究

【光學(xué)設(shè)定】
PIV是so-called Time of Flight (TOF)  測量技術(shù)之一。PIV技術(shù)的基本原理是使用激光片光源為流場做照明，測量流動(dòng)可視化的顆粒。一個(gè)雙脈沖YAG激光和雙快門相機(jī)，能同步記錄2張粒子圖像，兩張圖像的間隔時(shí)間非常短，一般小于100us.

【幀跨越】PIV需要2張粒子圖像的價(jià)格時(shí)間是很短的，通常小于100微秒的兩個(gè)粒子圖像。幀跨越技術(shù)使兩個(gè)圖像記錄的間隔時(shí)間可以最小到1納秒。一個(gè)雙脈沖激光和雙快門相機(jī)通過時(shí)序控制器進(jìn)行同步觸發(fā)。因?yàn)殡p脈沖激光有兩個(gè)激光頭可以獨(dú)立操作，實(shí)際上是受到雙快門相機(jī)兩幀之間的死區(qū)時(shí)間長度的限制。

【位移和速度評(píng)價(jià)】
一旦成功地記錄圖像，下一步的就進(jìn)行PIV分析。圖像分為小的搜索領(lǐng)域，通常為32 × 32像素。這些小的搜索區(qū)域被稱為interrogation窗口。為兩個(gè)圖像互相關(guān)應(yīng)用這些interrogation窗口，每個(gè)interrogation窗口獲得相關(guān)平面。interrogation窗口在兩個(gè)圖像中的位置是相同的（在標(biāo)準(zhǔn)FFT互相關(guān)，interrogation窗口轉(zhuǎn)移先進(jìn)的算法）。然后應(yīng)用的峰值檢測和位移評(píng)價(jià)，以獲得在每個(gè)審訊窗口中的主導(dǎo)位移。由于流量的像素大小和兩個(gè)圖像之間的時(shí)間間隔是已知的，可以計(jì)算速度。流量的一個(gè)像素的大小是由簡單的速度校準(zhǔn)。

下面兩張圖都是測量相同的流場，從100毫米x100毫米的方形噴嘴自由射流。2D - PIV 數(shù)據(jù)里面的虛線對應(yīng)立體3D - PIV的測量平面。

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