平面 PIV

平面粒子成像测速 （PIV） 系统允许对气体或液体流的平面截面中的两个或三个速度分量（2C 或 3C）进行非侵入式测量。平面 （2D） 由光片定义，该光片沿流照亮种子粒子。2D2C 配置测量面内速度分量，而 2D3C 系统还捕获面外速度分量。

流必须包含跟随流的种子粒子。激光将以较小的时间延迟发射两个光脉冲，相机以较小的时间延迟记录粒子的两张图像。软件分析由于流动引起的粒子运动以提取速度信息。

这种成像技术的主要系统组件是相机和光源。根据系统的图像采集速率，范围从 10 Hz 到 20 kHz，这些系统可用于采集流场的单发图像集合（10 – 200 Hz）或时间分辨 （TR） 图像集合（0.5 – 20 kHz）。

我们的成像软件 DynamicStudio 可指导用户完成从校准到结果可视化的整个测量过程。该指南包括基本功能，例如帮助聚焦相机和高级后处理，例如来自 PIV 计算的压力，它从矢量贴图中获取压力场。

10 – 200 Hz 系统，2D2C

 

用于测量平面中两个速度分量 （2D2C） 的最简单系统配置包括：

• 照相机
• 光源
• 用于创建光片的光学元件
• 同步
• 用于分析的 PC 和软件

立体声 PIV，10 – 200 Hz 系统，2D3C

 

立体 PIV 是一种测量方法 基于视差原理的平面 （2D3C） 中的三个速度分量。

通过放置两个摄像头，以便它们 从两个不同的角度观察光片平面，您可以稍微获得 由于视差效果，每个摄像机的粒子图像不同。

它们之间的差异源于 第三个是面外速度分量和不同的观察角度 两台摄像机。

图像校准后，这第三个 速度分量。此外，两个面内速度 可以校正组件的视差错误。

2D2C PIV 系统可以升级为 立体声 PIV （2D3C） 系统通过添加：

• 附加摄像头
• Scheimpflug 支架
• 校准目标
• 立体声 PIV 软件模块

用于 2D2C 和 2D3C 的 TR-PIV 系统，0.5 – 20 kHz

 

2D2C 和 2D3C 配置都可以升级以进行时间分辨（高图像采集速率）测量。TR-PIV 系统依赖于高重复频率激光器与匹配的高帧率相机的组合。根据应用的不同，TR-PIV 系统可以是用于液体测量的 500 Hz 系统和用于高速气体流动的 >10 kHz 系统。

2D2C PIV 的组件

• 光源（激光或 LED）和光片光学元件
• 照相机
• DynamicStudio 基础包，用于轻松设置和控制硬件设备、数据采集、图像预处理和数据存储
• 用于 Dynamic Studio 的 DynamicStudio 2D PIV 插件：2D 矢量场计算、用于高精度速度和直接计算速度梯度的最小二乘匹配方法 （LSM）、具有多网格互相关和 μPIV 平均相关性的自适应 PIV。支持变形窗口和高精度计算，2014 年 PIV 挑战赛证明了这一点。此外， 该 附加 软件 还 包括 TR 和 2 帧 粒子 跟踪 方法， 可 直接 准确地 计算 粒子 路径。适当的正交分解 （POD） 允许研究主要的空间模式。
• 对于 TR PIV，振荡模式分解 （OPD） 模块允许研究 TR 数据集合中的主要流结构
• 用于正确定时激光脉冲和相机快门的同步器

2D3C Stereo PIV 的附加组件

• DynamicStudio StereoPIV 软件包括摄像机校准例程，用于测量和考虑由摄像机倾斜方向引起的透视失真，用于从两个摄像机数据集计算第三个速度分量的例程，以及 3 分量速度信息的表示。
• 校准目标。相机校准要求将校准图像记录在光片中以及其前后。DynamicStudio StereoPIV 允许自动记录这些校准图像。
• Scheimpflug 坐骑。用户必须微调 CCD （CMOS） 阵列和相机镜头之间的角度才能正确对焦。为此，必须满足所谓的 Scheimpflug 条件。这是通过将相机安装在 Scheimpflug 支架上来实现的。DynamicStudio StereoPIV 包括一个焦点辅助工具。