PIV(粒子图像测速系统)

PIV（粒子图像测速）全名：Particle Image Velocimetry，简单来说是一种二维的方式显示速度矢量，使流体可视化的一种测量技术。该方法是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的激光流体力学测速方法。近几十年来得到了不断完善与发展，PIV技术的特点是超出了单点测速技术（如CTA、LDA）的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。

PIV技术除向流场散布示踪粒子外，所有测量装置并不介入流场。另外PIV 技术具有较高的测量精度。由于PIV技术的上述优点，已成为当今流体力学测量研究中的热门课题，因而日益得到重视。PIV测速方法有多种分类，无论何种形式的PIV，其速度测量都依赖于散布在流场中的示踪粒子，PIV法测速都是通过测量示踪粒子在已知很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的瞬态速度分布。若示踪粒子有足够高的流动跟随性，示踪粒子的运动就能够真实地反映流场的运动状态。因此示踪粒子在PIV测速法中非常重要。在PIV测速技术中，高质量的示踪粒子要求为：（1）比重要尽可能与实验流体相一致；（2）足够小的尺度；（3）形状要尽可能圆且大小分布尽可能均匀；（4）有足够高的光散射效率。通常在液体实验中使用空心微珠或者金属氧化物颗粒，空气实验中使用烟雾或者粉尘颗粒（超音速测量使用纳米颗粒），微管道实验使用荧光粒子等。

通过使用西华数码影像（日本Seika公司）开发的PIV专用控制和分析软件Koncerto II，就可以完成测量与分析（详情可咨询武汉中创联达科技有限公司，网址：）。其技术原理为：对在一定空间中的粒子使用片状激光在极短的时间内连续照射两次，并且使用高分辨率相机于继光同时拍摄，取得两个粒子群的图像。通过PIV专有算法（互相关）分析该图像的同一区域（解析窗口）中的粒子，可以获得表示速度矢量的二维数据。PIV不仅可以获得二次元的数据（2D2C），还可以通过使用立体拍摄来获得二维三分量（2D3C）数据。

基本原理步骤为：

1.跨帧技术

PIV需要时间间隔小于100微妙的两张连续的粒子图像。随着跨帧技术的发展，实现了在时间间隔小于100纳秒内连续记录两张图像的可能。双脉冲激光和双快门相机由定时控制器同步。由于双脉冲激光器具有两个可以独立操作的激光头，因此无论双快门相机的两个帧之间的非曝光长度时间如何，都可以在非常短的时间内进行激光震荡。

2.位移和速度评估

成功记录图像后，下一步是PIV分析。图像被分为小的搜索区域，通常为32×32像素。这些小搜索区域称为询问窗口。对两个图像的这些询问窗口应用互相关以获得每个询问窗口的相关平面。两个图像中的询问窗口的位置是相同的。使用FFT互相关，通过对峰值检测和移动量评估，获得每个询问窗口的主导行程。通过预校准，使取得图像的像素大小和2个图像之间的时间间隔已经被判明，所以可以计算速度。捕获图像中像素的大小可以通过使用标尺等器具来校准确定。

西华数码影像的PIV优势：

●PIV分析算法采用德国航空航天局（DLR）开发的最先进的变形关联，可实现高精度PIV分析。

●可以根据测量对象选择各种激光器和相机（高分辨率相机，高速摄像机），并且可以通过Koncerto II进行控制。

●可以应用于各种PIV测量，例如大规模PIV，时间序列，微型PIV，毫米级PIV等。

●为了获取适合的PIV图像，需要考虑激光输出、光学布局、适合的视角，以及摄影间隔等诸多因素。以日本国内300套以上的PIV提供业务为基础，能够根据用户的要求，提供细致化的定制服务，更能测量高难度的PIV。

西华数码影像的PIV系统配置（例）：

一．2D-PIV系统

●PIV用高分辨率相机●定时控制器●双脉冲激光器

●电脑，Koncerto II软件●片光源镜头●填充粒子发生器

二．立体3D-PIV系统

●PIV用高分辨率相机2台●片光源镜头●立体拍摄用相机支架

●定时控制器●3D用校准器●电脑Koncerto II软件

●双脉冲激光器●填充粒子发生器

注：在以上配置的基础上，将相机更换为高速相机，激光器使用高重频激光器，可以对一千赫兹以上的PIV进行测量。

Koncerto II是一款拥有高级系统控制性能和高级分析功能的集成PIV软件。广泛支持各种测量用相机，激光器以及各种外围设备。它被设计为PIV和PLIF 等激光测量和成像测量平台。算法采用德国航空航天局（DLR）开发的最先进的变形相关，可以进行高精度的PIV解析。捅死根据测量需要提供附加功能插件。例如具有时间插值函数，能够在时间序列PIV中进行精确的周期性分析的FD4、可以消除布朗运动的影响，无需使用微PIV进行时间平均，就能够实现时间序列分析的SA-PIV等。

了解更多请咨询武汉中创联达科技有限公司，网址：