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PIV 粒子画像流速計

PIVとは(Particle Image Verocimetry)

PIV 粒子画像流速計

PIV(Particle Image Verocimetry)とは、主に2次元的に速度ベクトルを表示することが可能な可視化手法を応用した計測技術です。ある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の原理

フレームストラドリング(Frame Straddling)

PIV 粒子画像流速計

PIVは、一般的に100マイクロ秒未満の非常に短い時間間隔の連続する2つの粒子画像を必要とします。 フレームストラドリングの手法は、100ナノ秒までの時間間隔の連続する2つの画像を記録することを可能にします。 ダブルパルスレーザーとダブルシャッターカメラは、タイミングコントローラによって同期されます。 ダブルパルスレーザは、独立して動作することができる2つのレーザヘッドを有するので、ダブルシャッターカメラの2つのフレーム間の非露光時間の長さに関わらずごく短時間のレーザー発振が可能です。



移動量と速度の評価

PIV 粒子画像流速計

PIVは、一般的に100マイクロ秒未満の非常に短い時間間隔の連続する2つの粒子画像を必要とします。 フレームストラドリングの手法は、100ナノ秒までの時間間隔の連続する2つの画像を記録することを可能にします。 ダブルパルスレーザーとダブルシャッターカメラは、タイミングコントローラによって同期されます。 ダブルパルスレーザは、独立して動作することができる2つのレーザヘッドを有するので、ダブルシャッターカメラの2つのフレーム間の非露光時間の長さに関わらずごく短時間のレーザー発振が可能です。

PIV解析アルゴリズム

PIV解析アルゴリズム

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、渦度の表示など対応しています。

単純相関(Standard single-pass interrogation)

AB2枚の画像の同一エリア(インターロゲーションウィンドウ)内の粒子群の移動量を相互相関解析により求める

単純相関 Standard Single-Pass Interrogation

再帰相関(Multiple pass interrogation)

通常の解析で得られた相関ピークをもとに、2枚目の画像内のウィンドウを移動して、再度解析を行うことで相関値が高くなる。この操作を何度か繰り返すことで移動量が0に近づいていき、解析精度が向上する。

再帰相関 Multipul-Pass Interrogation

STEP1
A画像内のウィンドウa(赤枠)とB画像内のウィンドウb(青枠)を定義する。

A画像内のウィンドウa(赤枠)とB画像内のウィンドウb(青枠)を定義する。

STEP2
ウィンドウaとウィンドウbの相関をとり、移動量を求めプレディクター1とする。

ウィンドウaとウィンドウbの相関をとり、移動量を求めプレディクター1とする。

STEP3
プレディクター1によりB画像内のウィンドウbをシフトし、ウィンドウb’とする。

プレディクター1によりB画像内のウィンドウbをシフトし、ウィンドウb’とする。

STEP4
ウィンドウaとウィンドウb’の相関をとり、移動量を求めプレディクター2とする。

ウィンドウaとウィンドウb’の相関をとり、移動量を求めプレディクター2とする。

STEP5
レディクター2によりウィンドウb’を再度シフトしウィンドウb”とする。

レディクター2によりウィンドウb’を再度シフトしウィンドウb”とする。

STEP6
ウィンドウaとウィンドウbの相関をとり、移動量を求めプレディクター3とする。

ウィンドウaとウィンドウbの相関をとり、移動量を求めプレディクター3とする。

STEP7
この処理を繰り返すことでウィンドウ内の非対応粒子が減少し相関値が上がり精度が向上する。最終プレディクターの終点をイニシャルグリッドにおける代表移動量とする。

この処理を繰り返すことでウィンドウ内の非対応粒子が減少し相関値が上がり精度が向上する。最終プレディクターの終点をイニシャルグリッドにおける代表移動量とする。

階層相関(Multi-grid Interrogation)

再帰相関で解析を繰り返す毎にウィンドウサイズを小さくする。最大移動量を大きく保ち、ウィンドウを小さくできるので、速度ダイナミックレンジを保ちつつ空間分解能が向上する。またイニシャルウィンドウ内に回転があっても対応可能。

STEP1
A画像内のウィンドウa(赤枠)とB画像内のウィンドウb(青枠)を定義する。

A画像内のウィンドウa(赤枠)とB画像内のウィンドウb(青枠)を定義する。

STEP2
ウィンドウaとウィンドウbの相関をとり、移動量を求めプレディクター1とする。

ウィンドウaとウィンドウbの相関をとり、移動量を求めプレディクター1とする。

STEP3
プレディクター1によりB画像内のウィンドウbをシフトし、ウィンドウb’とする。

プレディクター1によりB画像内のウィンドウbをシフトし、ウィンドウb’とする。

STEP4
ウィンドウa.b’とも4分割する。

ウィンドウa.b’とも4分割する。

STEP5
それぞれの1/4ウィンドウで相関をとり移動量を求め,プレディクター2 (21, 22, 23, 24 )とする。
図はイニシャルウィンドウ内に旋回がある場合。

それぞれの1/4ウィンドウで相関をとり移動量を求め,プレディクター2 (21, 22, 23, 24 )とする。図はイニシャルウィンドウ内に旋回がある場合。

STEP6
4つのプレディクター2(21, 22, 23, 24 )により、B画像内のウィンドウb1,b2,b3,b4をそれぞれシフトする。

4つのプレディクター2(21, 22, 23, 24 )により、B画像内のウィンドウb1,b2,b3,b4をそれぞれシフトする。

STEP7
この処理を繰り返すことで、精度と分解能を同時に向上させることが可能。
各最終ウィンドウ内の移動先が分割された各グリッドにおける代表移動量になる。

この処理を繰り返すことで、精度と分解能を同時に向上させることが可能。各最終ウィンドウ内の移動先が分割された各グリッドにおける代表移動量になる。

用途例

用途
  • 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

PIVソフトウェア KoncertoⅡ

PIVソフトウェア KoncertoII

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。

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

高感度カメラ、高速度カメラをはじめさまざまなタイプのカメラをコントロールすることが可能です。KoncertoⅡはカメラやコンポーネントの増設に対応しやすい基本構造になっており、カメラ等の新製品が開発された場合にもいちはやく対応できます。カメラの対応状況についてはお問い合わせください。

Koncertoユーザーサポートサイトのご提供
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