流体計測 粒子画像計測:PIVシステムとは

PIV粒子画像流速計
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PIV(Particle Image Velocimetry、粒子画像流速計) とは

PIV 粒子画像流速計

PIV(Particle Image Velocimetry)とは、空間上の粒子に対しシート状のレーザー光を短時間の間に2回連続で照射し、照射と同じタイミングで撮影された連続する2枚の粒子群画像を解析することで、2次元平面のみならず3次元情報や時系列データを取得することも可能な、方向と速度を計測する流体の可視化手法です。様々な流体力学的研究において広く使用されています。

計測対象に対して粒子を流し、空間上に滞留する粒子に対しシート状のレーザー光をごく短時間の間に2回連続で照射し、そのシート内の範囲を高感度カメラによりレーザーと同じタイミングで撮影(フレームストラドリング)することにより、連続する2枚の粒子群画像を取得します。この画像の同一エリア(インターロゲーションウインドウ)内の粒子群をPIV独自のアルゴリズム(相互相関)により解析することによって、速度ベクトルを表す2次元的なデータを取得することができます。PIVは2次元的なデータ(2D2C)だけでなく、ステレオ撮影を利用する事により2次元3成分(2D3C)のデータを取得する事も可能です。

西華デジタルイメージのPIVの特徴

特徴
  • 西華デジタルイメージで開発したPIV専用制御・解析ソフトKoncertoⅡにより計測から解析までを同一ソフト上で完了する事ができます。
  • PIV解析アルゴリズムはドイツ航空宇宙局(DLR)で開発された最先端のディフォーメーションコリレーションを採用しており、高精度のPIV解析が可能です。(アルゴリズム解説
  • 計測対象に合わせて各種レーザー、カメラ(高解像度カメラ高速度カメラ)を選択し、KoncertoⅡによる制御が可能です。
  • ラージスケールPIV、時系列PIV、マイクロPIV、ミリスケールPIVなど多様な用途のPIV計測が可能です。

PIVシステム一覧

New! エントリーモデルPIVシステム

エントリーモデルPIVのご紹介
  • 長年の流体解析のノウハウを蓄積し、コスト見直しと、容易なセットアップを目的としたエントリーシステムが新登場。
  • エントリースペックのPIV解析ソフトウエア (KoncertoⅡ 2DLite)も新登場。
  • 解析ソフトはアップグレード/機能追加が可能。
  • 大学・研究所受けに科研費特別価格もございます。詳しくはお問い合わせください。

2D-PIVシステムはレーザーライトシートに照射された面内の2次元速度成分を計測します。フレームストラドリングによりあらゆる速度域に対応可能です。 また、最新のPIV解析アルゴリズムにより、低速から高速まで幅広い速度域を同時に精度よく解析することができます。

2D-PIVシステム詳細はこちら

2D-PIV2D-PIV

ステレオ3D-PIVシステムは従来の2次元PIVシステムと同様にライトシートを使用し、ライトシート面内の3次元速度成分の計測が可能です。空間分解能が高く高精度の計測が簡単に行えるので同時多点3次元計測法としては最も実用的な方法といえます。

ステレオ3D-PIVシステム詳細はこちら

ステレオ-3D-PIVステレオ-3D-PIV

時系列PIVシステムは従来のPIV技術では不可能であった数キロヘルツから数10キロヘルツの高速サンプリングを可能にした最新鋭のシステムです。 最新の高速度カメラの高感度化、高速度化、高階調化により、高速流や広いエリアの計測に適用することが可能になりました。

時系列PIVシステム詳細はこちら

時系列PIV時系列PIV

共焦点スキャニングマイクロPIVでは、MDを薄くすることが可能なためMDエリア内に単一の速度成分しか含まないため、マイクロフルイディクスにおいて高精度の計測分布が可能になりました。

共焦点スキャニングマイクロPIVシステム詳細はこちら

共焦点スキャニングマイクロPIV共焦点スキャニングマイクロPIV

プローブPIVはBOXの中に2台のカメラを設置し、レーザーをファイバーで伝送する事により、レーザー、カメラが一体となった3D-PIVシステムです。通常の3D-PIVシステムのようなシャインフルーグ・焦点の調整やレーザーシートの調整、ユーザーでのキャリブレーションは不要となります。

プローブPIVシステム詳細はこちら

プローブPIVプローブPIV

気泡の流動をシャドウグラフ法(影絵)により撮影しPIV解析をする事で流動状況の把握が可能です。サンプル後方から高輝度光源を照射し、ディフューザーで拡散させた光をサンプルにあて、これにより発生した影を撮影することにより気泡や微粒子を撮影する技術で粒径情報の他、流速分布の情報を取得する事が可能です。


シャドウグラフPIVシャドウグラフPIV

2D-PIVとステレオ3D-PIVのデータフォーマットについて

私たちの提供するPIVのデータフォーマットは、2D-PIVもステレオ3D-PIVも同じワークフローで得られます。 以下の画像は、100mm×100mm角のノズルから噴出される自由噴流のPIV解析画像です。 2D-PIVデータ上の破線は、ステレオ3D-PIVの測定平面に対応しています。

2D2C (2 Dimensions 2 Components)
2D3C (2 Dimensions 3 Components)

ステレオ3D-PIVの特徴と原理について

PIV制御・解析ソフトウエア KoncertoII

koncerto


Koncertoシリーズは、ハイレベルのシステムコントロール性能と高度な解析能力を併せ持った統合型PIVソフトウェアです。各種計測用カメラ、レーザー、周辺機器を幅広くサポートしており、PIVやPLIF等のようなレーザー計測・イメージング計測のプラットフォームとしてデザインされています。
各種計測用カメラ、レーザー、周辺機器を幅広くサポートしており、PIVやPLIF等のようなレーザー計測・イメージング計測のプラットフォームとしてデザインされています。
アルゴリズムにはドイツ航空宇宙局(DLR)にて開発された最先端のディフォーメーションコリレーションの他、 時系列PIVで正確な周期性の解析が可能で時間的補間機能も持つ時系列PIV用アルゴリズム、マイクロPIVで時間平均せずにブラウン運動の影響を除去し時系列解析を可能にするSAT-PTV等もラインアップしております。

PIV制御・解析ソフトウエア KoncertoⅡ

国産初の本格的な統合計測プラットフォーム

  • PIV解析、PLIF解析をはじめさまざまなイメージング計測をサポートすることが可能な構造です。
  • 様々なカメラをサポート
  • デフォーメーションコリレーションアルゴリズム搭載
  • 時系列PIV用FD4コリレーション搭載
  • マイクロPIV用SAT-PTVアルゴリズム搭載
  • PIV画像用位相フィルター搭載
  • 分散処理
  • 自動解析機能(スプリクト機能)
  • Δt自動補正機能(オプション)
Koncertoユーザーサポートサイトのご提供

KoncertoⅡ・KoncertoLIFの最新情報のご紹介や、マニュアル・更新プログラムのダウンロードなどがご利用いただけます。

PIVの原理 : 1 解析用画像の取得

フレームストラドリング

フレームストラドリング

PIV解析を行うためには、2枚の粒子画像を必要とします。2枚の画像の間隔は、一般的に100マイクロ秒未満の非常に短い時間間隔が必要とされています。

図は、カメラの露光と、レーザーパルスの発行を図示したものです。上の青い線図では、2つのカメラ露光があり、下の緑色の線図では、2つのレーザーパルスが2つのカメラ露光間のフレーム間時間をまたいでおり、このことをフレームストラドリング("frame-straddling.")と呼びます。

移動量と速度の評価

移動量と速度の評価

フレームストラドリングによって、PIV解析に必要な画像を取得すると、その画像をもとにPIV解析を行います。まず、取得された画像は小さなエリアに分割されます。このエリアを解析窓と呼び、2枚の画像について相関を計算することで、移動量と速度の計算を行います。

PIVの原理 : 2 画像解析アルゴリズム

最先端のアルゴリズム

最先端のアルゴリズム

PIV解析アルゴリズムはドイツ航空宇宙局(DLR)で開発された最先端のディフォーメーションコリレーションを採用しており、高精度のPIV解析が可能です。
また、ポスト処理として、時系列PIV専用アルゴリズム(FD4)やPOD解析、渦度の表示などに対応しています。

アルゴリズム詳細

用途例

用途例
  • 各種風洞・水槽実験
  • エンジン、燃焼器
  • ファン、タービン、回転機
  • 燃料電池スタック
  • クリーンルーム、室内流動
  • 噴霧、スプレー
  • スポーツ流体
  • 血液流れ
  • マイクロTAS

計測事例動画

システム構成一覧 - PIVで使用する様々な機器を取り揃えております

PIV解析と各種機器を一括制御するソフトウエアのほか、レーザーシート光学系、シリンドリカルレンズ、90度ミラーブロック、光ファイバー光学系、ライトアーム等PIVで使用する様々な光学機器のほか、各種解析に最適なハイスピードカメラや高解像度カメラ、次世代型のシーディングシステムやレーザー光源など、各種機器を取り揃えております。

主な納入実績

国公立大学

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室蘭工業大学:2D-PIVソフトウエア 弘前大学:2D-PIVシステム 秋田県立大学:2D-PIVソフト 山形大学:時系列2D-PIVシステム
山形大学:共焦点マイクロPIVシステム 東北大学:2D-PIVシステム(多数導入)

東北大学:2D-PIVソフトウエア(多数導入)

東北大学:共焦点マイクロPIVシステム
(複数導入)
北陸先端科学技術大学院大学:
共焦点マイクロPIVシステム
金沢大学:3D-PIVシステム 金沢大学:2D-PIVシステム 筑波大学:3D-PIVソフト
千葉大学:時系列3D-PIVシステム 千葉大学:共焦点マイクロPIVシステム 東京大学:時系列2D-PIVシステム 東京大学:2D-PIVソフト 
東京大学:共焦点マイクロPIVシステム 東京工業大学:時系列3D-PIVシステム 東京農工大学:2D-PIVシステム  東京農工大学:時系列3D-PIVシステム 
大阪大学:共焦点マイクロPIVシステム  京都大学:2D-PIVシステム   徳島大学:2D-PIVソフトウエア  徳島大学:時系列2D-PIVシステム 
鳥取大学:時系列2D-PIVシステム  九州大学:2D-PIVソフトウエア  九州大学:時系列2D-PIVシステム  九州大学:3D-PIVソフトウエア 
九州大学:LIFシステム  鹿児島大学:2D-PIVシステム 琉球大学:2D-PIVシステム  

私立大学

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 金沢工業大学:時系列2D-PIVシステム 千葉工業大学:2D-PIVソフト   千葉科学大学:
共焦点マイクロPIVシステム
慶應義塾大学:時系列2D-PIVシステム
慶應義塾大学:共焦点マイクロPIVシステム 工学院大学:時系列3D-PIVシステム  東京工芸大学:2D-PIVソフト  東京理科大学:3D-PIVシステム
東京理科大学:2D-PIVシステム  東洋大学:共焦点マイクロ PIVシステム
(複数導入) 
日本大学:時系列3D-PIVシステム 日本大学:時系列2D-PIVシステム
日本大学:2D-PIVシステム 日本大学:2D-PIVソフトウエア  名城大学:2D-PIVソフト 名城大学:3D-PIVソフト
関西大学:共焦点マイクロPIVシステム 同志社大学:時系列3D-PIVシステム  立命館大学:2D-PIVソフト  広島工業大学:3D-PIVシステム 

高等専門学校

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 石川高専:2D-PIVシステム  仙台高専:2D-PIVシステム

国外大学

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台湾雲林科技大学:2D-PIVシステム 北京交通大学:時系列2D-PIVシステム

研究所

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日本原子力研究開発機構:2D-PIVシステム,マイクロPIVシステム(複数導入) 産業技術総合研究所:2D-PIVソフト(複数導入)   宇宙航空研究開発機構:
2D-PIVソフト(複数導入)
農村工学研:2D-PIVシステム
防災研究所:2D-PIVシステム,3D-PIVシステム,共焦点マイクロPIVシステム 理化学研究所:2D-PIVシステム  電力中央研究所:2D-PIV,3D-PIVシステム 消防研究所:2D-PIVシステム
国立スポーツ科学センター:時系列3D-PIVシステム  港湾研究所:2D-PIVシステム 原子力安全システム研究所:2D-PIVシステム 国立循環器病研究センター:2D-PIVシステム
鉄道総合研究所:2D-PIVシステム(複数導入) 岡山県工業技術センター:2D-PIVシステム    

企業

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機器メーカーA : 2D-PIV,3D-PIV,マイクロPIV,LIF(複数導入) 機器メーカーB : 2D-PIV,3D-PIV,マイクロPIV,LIF複数導入   機器メーカーC : 2D-PIV 素材メーカーA : 2D-PIV
建築会社A : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入) 建築会社B : 3D-PIV 重電メーカーA : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入) 重電メーカーB : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入)
重電メーカーC : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入) 製鉄メーカーA : 2D-PIV(複数導入) ガス会社A : 2D-PIV(複数導入) タバコメーカーA:2D-PIV
住宅設備メーカーA : 2D-PIV 製造設備メーカーA : 2D-PIV 製造設備メーカーB : 2D-PIV   製造設備メーカーC : 2D-PIV
精密機器メーカーA : 2D-PIV(複数導入) 精密機器メーカーB:マイクロPIV,2D-PIV(複数導入) 精密機器メーカーC : マイクロPIV,2D-PIV(複数導入) 精密機器メーカーD : 2D-PIV
重工業メーカーA : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入) 重工業メーカーB : 2D-PIV(複数導入) 重工業メーカーC : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入) 重工業メーカーD : 2D-PIV,3D-PIV,LIF(複数導入)
重工業メーカーE : 2D-PIV 自動車部品メーカーA : LIF 自動車部品メーカーB : 2D-PIV 自動車部品メーカーC : 2D-PIV
自動車部品メーカーD : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入) 自動車部品メーカーD : 2D-PIV 自動車メーカーA : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入) 自動車メーカーB : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入)
自動車メーカーC : 2D-PIV(複数導入) 自動車メーカーD : 2D-PIV,3D-PIV(複数導入) 自動車メーカーE : 2D-PIV(複数導入) 自動車メーカーF : 2D-PIV(複数導入)
自動車メーカーG : 2D-PIV,LIF(複数導入) 自動車メーカーH : 2D-PIV,LIF(複数導入)    

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